LAMMPS 原子位置与晶胞优化

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#

原子位置优化与晶胞优化是两件事。只有 minimize 时，默认只调整原子坐标，盒子不变；加上 fix box/relax 后，才允许所选晶胞自由度参与最小化。本例从晶格常数 3.60 Å 的扰动 FCC 镍开始，使用 box/relax iso 0 做零外压、各向同性晶胞优化。

minimize etol ftol maxiter maxeval 的力阈值采用当前单位；metal 中是 eV/Å。看日志的停止原因和最终最大力，不能只看程序正常结束。iso 保持盒子长宽比；各向异性材料需考虑 aniso 或 tri，非周期方向不能随意交给控压器。

图中为本次优化后的实际坐标，完整末态保存在 final.data。

1 准备并提交#

python new-case.py ni-relax
cd work/ni-relax
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#

ni-relax#

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

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

units metal
atom_style atomic
boundary p p p
lattice fcc 3.6
region box block 0 6 0 6 0 6
create_box 1 box
create_atoms 1 box
mass 1 58.6934
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
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
displace_atoms all random .03 .03 .03 9812 units box
fix relax all box/relax iso 0 vmax .001
min_style cg
minimize 1e-12 1e-8 3000 20000
unfix relax
run 0
write_data final.data
write_dump all custom final.dump id type x y z 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。

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