LAMMPS 晶核保留与结构长大分析

本篇继续镍熔化与冷却。目标是从真实轨迹提取 FCC/HCP 局部环境比例、最大有序连通结构和时间演化，并说明人工晶核应何时释放。下载完整对照与分析包。

1. 生成结构表格#

bash analyze.sh

head -n 5 tables/p100-seeded-seed556001-cooling.csv

表格把温度、势能、FCC/HCP 数量、比例、连通结构数量、最大连通结构和原始种子数量放在一起。crystalline 在本例中明确为 FCC+HCP。

OTHER 只指 PTM 编号 0；remaining_nonFCC_HCP 才是全部非 FCC/HCP 原子数，其中也可能包括 BCC 等其他识别类型。不要把前者当作所有剩余原子，再错误地相加成总数。

2. OVITO 怎样分析#

GUI 中打开自己的实际轨迹：

new-work/p100-seeded-seed556001/cooling.dump

脚本采用以下步骤，均由现有 OVITO Python 3.16.1 执行：

1. 用 Polyhedral Template Matching 得到 Structure Type。
2. 选择 FCC/HCP 两类局部环境。
3. 用 Cluster Analysis，设置 3.2 Å 截断，只分析所选原子，保持 xyz 周期。
4. 记录所有连通结构大小、最大大小与各类原子数量。

独立后处理还用最小镜像距离建立周期邻居图，复核加热初帧、加热末帧和冷却末帧的全部连通结构大小。这样可以发现周期边界或选择组设置不一致的问题。

最大连通结构可以跨周期边界，也可能把不同取向的局部晶体环境连在一起。它不自动等于一个单取向晶粒，更不直接给出临界晶核大小。 若要划分晶粒，还需额外考虑取向。

3. 晶核为什么不能在高温时提前释放#

本例在 4000 K 就释放 79 原子小晶体时，它在降温初段失去原来的局部晶体环境，40 ps 内没有达到本例预先设置的明显长大标准。个别案例仍出现较小的有序连通区域，所有结果均保留。

另一组在降温时继续保持原子位置固定，到 800 K 后再释放。两组从同一份加热末态开始，后续结构演化出现明显区别：

实线/虚线分别为两种随机种子。绿色为保留至 800 K 后释放，橙色为提前释放，蓝色为无预设晶核。最大连通结构采用保留零值的对称对数坐标，不把零值替换成正数。

最终实际结果为：

这四例都比冷却开始时增加至少 0.2 的 FCC/HCP 比例，最大连通结构也超过原 79 原子种子至少 100 原子。这是本例用于识别明显长大的预设观察标准，正式研究仍需更长时间、多种尺寸与重复统计。

4. 无预设晶核的结果怎样读#

原始四个无预设晶核案例在加热末态都没有大于等于 50 原子的 FCC/HCP 连通区域。冷却/观察 40 ps 后，最大有序连通结构依次为：

其中一例出现超过 100 原子的有序连通结构，其余三例未出现相同规模。它展示有限轨迹内有序结构出现的差异；这些数据不足以确定均匀成核机制、临界尺寸、自由能势垒或成核率。也不能把 P100/V100 两条独立混沌轨迹的事件差别直接称为 GPU 计算错误。

5. 为什么保留固定体积和人为约束的说明#

本例晶胞始终为 28.16 Å 立方体，升温时没有通过 NPT 调整密度；固定种子的高温阶段也带有外部约束。这些设置适合先学会分组、积分、降温和识别结构。

研究具体材料时，应检查压力/密度、体系尺寸、势函数、高温液体准备、冷却速率、种子形状与大小。观察到 FCC/HCP 比例增大，需要结合空间结构、取向和更充分的采样解释，不能仅凭一条比例曲线给出平衡相变温度。

6. 文件和复画#

ls figures

figures-new 在自己执行 run.sh 后产生。主要文件为：

bash plot.sh

这条命令重画随包提供的参考对照，不覆盖自己 figures-new 中的新图。

参考：LAMMPS NVT积分与温控、OVITO PTM、OVITO Cluster Analysis。