LAMMPS反应模板与电荷更新

fix bond/react根据局部拓扑匹配反应前模板，随后应用反应后模板。与单条距离成键相比，它适合一次更新多条相互作用、原子类型和部分电荷；输入中的原子映射必须写清楚。

下载三篇共用的完整输入、反应模板、原生科学输出和绘图包。先按成键断键篇运行共用资料包。本例使用通用四珠子，不是特定反应的量子化学势能面。

1. 先查看前后模板与映射#

cat inputs/react/pre.molecule
cat inputs/react/post.molecule
cat inputs/react/reaction.map

前态是1–2和3–4两个二聚体；反应后增加2–3连接，成为1–2–3–4链。反应触发位点是模板编号2与3；模板类型顺序1、2、2、1，使两端和中心位点可以区分。完整文件如下：

pre.molecule#

Owned prereaction template

4 atoms
2 bonds

Coords

1 0 0 0
2 1 0 0
3 2 0 0
4 3 0 0

Types

1 1
2 2
3 2
4 1

Charges

1 0
2 0
3 0
4 0

Bonds

1 1 1 2
2 1 3 4

post.molecule#

Owned postreaction template

4 atoms
3 bonds

Coords

1 0 0 0
2 1 0 0
3 2 0 0
4 3 0 0

Types

1 1
2 2
3 2
4 1

Charges

1 -0.1
2 0.1
3 0.1
4 -0.1

Bonds

1 1 1 2
2 1 2 3
3 1 3 4

reaction.map#

Owned chain joining map

0 edgeIDs
4 equivalences

InitiatorIDs

2
3

Equivalences

1 1
2 2
3 3
4 4

Equivalences的每一行是“反应前模板编号→反应后模板编号”，不是初始体系中任意一对全局原子ID。本例四个位点均完整纳入模板，没有省略的外围环境，因此 edgeIDs 为0；大分子的局部模板需根据边界环境认真设置，不能照搬这个零边界配置。

2. 完整运行输入#

cat inputs/react/input.lammps
cat inputs/react/final.data

units lj
atom_style full
boundary f f f
read_data start.data extra/bond/per/atom 4 extra/special/per/atom 8
pair_style zero 6.0
pair_coeff * *
bond_style harmonic
bond_coeff 1 10.0 1.0
special_bonds lj 0 0 0 coul 0 0 0
neighbor 1.0 bin
neigh_modify every 1 delay 0 check yes
molecule pre pre.molecule
molecule post post.molecule
compute fragments all fragment/atom single yes
compute qa all property/atom q
compute totalq all reduce sum c_qa
fix freeze all setforce 0 0 0
fix integrate all nve
thermo 1
thermo_style custom step atoms bonds pe c_totalq
thermo_modify norm no format float %.17g
dump atoms all custom 1 atoms.dump id mol type q x y z c_fragments
dump_modify atoms sort id format float %.17g
timestep 0.001
fix event all bond/react reset_mol_ids yes react join all 1 0.5 1.2 pre post reaction.map prob 1 46623 rescale_charges yes molecule inter
run 2
write_data final.data nocoeff

molecule pre/post加载模板。react join all 1 0.5 1.2给这条反应命名为join，每步检查，触发两原子间距必须在0.5–1.2之间；本例中心间距1.0。molecule inter仅允许原来不同分子的连接。prob 1是规则接受概率，不是温度下的真实反应速率。

rescale_charges yes用于保持匹配区域的反应前净电荷；reset_mol_ids yes在拓扑更新后重算分子编号。两者的作用不同，不能把“分子重新编号”理解为“电荷自动守恒”。

本版本22Jul2025 Update6中，部分关键词所属层级与在线新版文档可能不同。修改其他选项时以匹配版本文档为准，本例没有借用新版才提供的公共反应限速语法。

3. 实际结果与距离反例#

第0步有2条键、2个连通分量；第1步形成2–3键后，有3条键、1个连通分量。四个位点原子ID和类型均保持，部分电荷从全0变为 −0.1,+0.1,+0.1,−0.1，净电荷仍0；分子ID重算后也只剩1种。

负对照 react-distance-control保持前态不变，只把最大触发距离改为0.9：中心间距1.0不合条件，所以末态仍2条键、2个分量、电荷全0。

cat inputs/react/atoms.dump
cat inputs/react-distance-control/final.data

这些部分电荷是为说明模板更新而设置的模型值，不是DFT拟合电荷；示例关闭非键相互作用并固定几何，没有由±0.1电荷得到实际静电反应能。新建键刚好位于谐键平衡长度，前后势能均0。生产聚合/交联还需要真实力场参数、接近构型、局部稳定化、温控及反应概率依据，不能由本例两步推断交联率或固化时间。

参考：匹配版本反应模板说明。