LAMMPS 超动力学：偏置势与加速时间

下载输入、势表、原生输出与绘图脚本，保存为 example.zip，先查看已有结果：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd lammps-rare-event-examples
bash results.sh
bash plot.sh

实例采用LAMMPS30Sep2026 CPU MPI版，Intel oneAPI/Intel MPI与配套MKL，集群模块 lammps/30Sep2026-8173m。数据使用同一CPU程序在兼容CPU上实际运行；不是CPU计算节点的性能测试。重新计算通过 sbatch 申请CPU资源，模板按集群CPU分区的56物理核规则申请，微型例子本身只使用1或4个MPI进程。

模型和事件判定#

这是自定义教学模型：两粒子质量均为1，初始位置为 (-0.5,0,0) 和 (0.5,0,0)。使用LJ约化单位，径向势为：

U(r) = 16 * ((r - 1.5)^2 - 0.25)^2
r = 1 与 r = 2：两个势阱，U = 0
r = 1.5：鞍点，U = 1

两粒子的y、z方向各有弹簧约束，抑制绕行；弹簧能量计入总势能。势表包含20001点，覆盖r=0.4–3.5。它不对应具体材料，也不是离子对的真实力场。

fix transverse all spring/self 100 yz
fix_modify transverse energy yes
compute event all event/displace .3

每次事件检查前先最小化，比较的是势阱位置而非瞬时热振动。两阱之间每个原子的平衡位移为0.5，本例用0.3作为事件阈值。换实际体系时，应重新选择阈值、势函数和温度。

1. 检查输入，再提交#

cat inputs/hyper-s74411/in.lmp
cat run.slurm
sbatch run.slurm hyper-s74411

脚本在新的 work/hyper-s74411 下计算；已有目录时拒绝覆盖。不要在没有资源分配的登录终端直接运行生产任务。

核心输入如下；两套种子为74411、74429，其余参数相同。

velocity all create .2 74411 mom yes rot no dist gaussian
timestep .002
fix integrate all nve
fix bath all langevin .2 .2 .2 74411 zero yes
run 2000
reset_timestep 0
compute event all event/displace .3
fix HG all hyper/global 2.2 .2 .4 .2
fix_modify HG energy yes
thermo 1
thermo_style custom step temp pe v_r f_HG f_HG[1] f_HG[10] f_HG[2]
thermo_modify norm no format float %.16g
hyper 60000 100 HG event min 1e-10 1e-6 300 3000

v_r在完整输入中定义为两粒子距离。hyper每100步进行一次势阱检查；生产MD为60000步、步长0.002，总MD时间120。

2. 偏置如何影响时间#

本例的cutbond=2.2、最大相对应变q=0.2、Vmax=0.4、温度T=0.2。对满足范围的键，偏置为 Vmax*(1-(strain/q)^2)，范围外为0；加速因子为 exp(Vbias/T)。两阱到解析鞍点的相对应变分别约0.5和0.25，均在偏置范围之外，鞍点偏置为0。

f_HG是偏置能，f_HG[1]是瞬时加速因子，f_HG[10]是累积加速时间。pe已经通过 fix_modify HG energy yes 包含偏置，不能把它当成未加偏置的原势能。

head -n 6 reference-results/hyper-s74411/hyper-plot.csv
python3 results.py

3. 本次实际结果#

倍率来自偏置时间积分，不是运行速度的实测加速比。几次跃迁也不足以证明逃逸速率收敛。

4. 读取输出时容易混淆的地方#

原生日志混有MD、quench最小化以及同一步重新建键后的初始化输出。积分时只取MD块，并在重复步号处保留第一条MD记录；后面的记录可能已经使用新键和新偏置。包中保留全日志和用于绘图的降采样CSV，不能拿降采样点代替逐步积分。

这些加速命令会在内部改变时间步进，输入中不要搭配依赖连续累计时间的 fix ave/time 等观察器；本例用原生thermo逐步输出。命令参数可对照LAMMPS hyper与hyper/global。