LAMMPS 均方位移与扩散系数

本文使用鸢算科技集群 LAMMPS 30 Sep 2026 的真实计算。下载输入、参考轨迹、分析脚本与数据图（约 72.5 MB），解压后进入 lammps-examples。cases 保存参考结果，inputs 保存干净输入，使用 new-case.py 创建自己的计算副本。

要完成什么#

三维各向同性扩散可由长时间 MSD 的斜率除以 6 得到。本例 compute msd com yes 扣除质心平移，保存总 MSD，并在 LJ 时间 10–40 区间做直线拟合。

MSD 依赖正确的周期跨界信息；处理轨迹时要区分 wrapped 与 unwrapped 坐标。短时弹道段、固体的振动平台都不能套用扩散线性拟合。这里是单起点、有限粒子短轨迹的教学估计，需要多起点、独立种子和更长轨迹评估误差。二维体系的分母是 4，还需要选取面内分量。

1 准备并提交#

python new-case.py lj-T0.7
cd work/lj-T0.7
sbatch run.sh

run.sh 是本算例匹配的核时 P100 或 V10016G 模板。套餐用户按自己的权限使用 yskit 生成提交脚本，保留下面的计算命令。完整模拟在计算节点执行。其他例子回到资料包根目录，替换目录名后分别提交。

2 实际计算命令与输入#

lj-T0.7#

mpirun -np 1 lmp -sf gpu -pk gpu 1 -in in.lammps > stdout.log 2>&1

lj-T1.0#

mpirun -np 1 lmp -sf gpu -pk gpu 1 -in in.lammps > stdout.log 2>&1

lj-T1.3#

mpirun -np 1 lmp -sf gpu -pk gpu 1 -in in.lammps > stdout.log 2>&1

下面是 lj-T0.7/in.lammps 的完整输入；其他目录的完整输入也在资料包中。

units lj
atom_style atomic
boundary p p p
lattice fcc 0.8
region box block 0 8 0 8 0 8
create_box 1 box
create_atoms 1 box
mass 1 1
pair_style lj/cut 2.5
pair_coeff * * 1 1 2.5
pair_modify shift yes
neighbor 0.3 bin
neigh_modify every 1 delay 0 check yes
thermo 100
thermo_style custom step time atoms temp pe ke etotal press vol density
thermo_modify norm no format float %.12g
timestep 0.004
velocity all create 0.7 927451 mom yes rot yes dist gaussian
fix eq all nvt temp 0.7 0.7 0.5
run 4000
unfix eq
reset_timestep 0
dump tr all custom 200 trajectory.lammpstrj id type x y z vx vy vz
dump_modify tr sort id
fix int all nvt temp 0.7 0.7 0.5
compute rdf all rdf 100
fix rdfout all ave/time 10 100 1000 c_rdf[*] file rdf.dat mode vector
compute msd all msd com yes
compute vac all vacf
fix transport all ave/time 10 1 10 c_msd[4] c_vac[4] file transport.dat
compute peatom all pe/atom
compute cn all coord/atom cutoff 1.4
compute centrosym all centro/atom fcc
run 12000
write_data final.data
write_restart final.restart
write_dump all custom final.dump id type x y z c_peatom c_cn c_centrosym modify sort id

3 查看输出与实际数据#

tail -n 30 stdout.log
ls -lh

stdout.log 是计算输出；轨迹保存在 trajectory.lammpstrj（适用的算例），结构保存在 final.data。静态扫描和 run 0 对照不一定生成动力学轨迹。以下动态均值取最后一个热力学输出块的后半段；静态结果取对应输出，单位随输入确定。

LJ/珠簧例子使用约化单位；metal 为 K、g/cm³、eV；水的 real 单位为 K、g/cm³、kcal/mol。势能列是整个体系的总量，跨不同原子数不可直接相比。

这是有限轨迹的示范拟合，不附加虚构统计误差。

4 提取数据与重画#

回到附件根目录，使用已经安装的 ASE Python 环境执行真实数据分析脚本：

module load ase/3.29.0
python analyze.py --root .
ls analysis
ls figures

脚本使用 NumPy/Matplotlib，读取参考日志、轨迹和相关函数，生成 CSV 与 PNG。查看 analyze.py 中本篇对应目录的处理段，可以把路径换成你的新结果。完整脚本按本专题的全部参考目录组织，单个新算例不需要假造其他目录来运行；提取对应段即可。

进一步查阅#

• LAMMPS专题目录
• 官方30 Sep 2026手册
• GPU与KOKKOS包的详细使用范围

官方扩散方法说明