LAMMPS Si/Ge界面温差与热阻提取

下载完整输入、原生温度剖面、热浴功与绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd lammps-direct-thermal-examples
bash results.sh
bash plot.sh

环境为LAMMPS 30Sep2026、Kokkos 5.2.1双精度、C++20 / CUDA 12.8构建，MPI与模块说明见版本环境。本批纯Si在P100、Si/Ge在V100 16G实际运行，每例一张GPU、一个MPI进程。下面的下载脚本可按自己的资源选择一种GPU入口。

reference-results是实际结果，inputs是可继续使用的输入，reference-data是提取后的CSV。查看与作图不启动新的MD。

1. 从Si盒子建立两种原子#

本例横截面4×4、z方向12个金刚石常规胞，共1536原子。采用统一5.43 Å晶格，z/L<0.5为Si，另一半为Ge。势文件映射必须写为 Si(D) Ge，与该文件内的标签一致：

units metal
lattice diamond 5.43
region box block 0 4 0 4 0 12
create_box 2 box
create_atoms 1 box
mass 1 28.085
mass 2 72.63
region germanium block INF INF INF INF 32.58 INF units box
set region germanium type 2
pair_style tersoff
pair_coeff * * SiCGe.tersoff Si(D) Ge

最终为768 Si和768 Ge。统一晶格使它成为受相干应变约束的小模型，Ge并没有采用自由体相的平衡晶格；固定晶胞最小化也不会消除这种晶格失配。

三个方向周期边界意味着有两处Si/Ge界面：z/L=0和0.5。热浴中心位于0.25与0.75，对称地向两个方向传热。

提交与提取#

P100资源使用：

sbatch p100.slurm

V100 16G资源使用：

sbatch v100.slurm

选择与你权限匹配的一种即可。每个脚本包含8个数组任务，默认最多同时2个；按自己的并发权限调整。想先跑第0个Si小例子，可用 sbatch --array=0 p100.slurm。完整批次结束后：

module load ase/3.29.0
python3 collect.py --root work --output results
bash plot.sh --data-dir results

work和results保存自己的计算，已有目录时脚本拒绝覆盖。只跑一个例子时可先检查其目录；整批提取脚本要求8例两阶段都完成。

2. 在界面两侧拟合，再外推到同一位置#

避开热浴与界面附近原子层，在两个材料内部各取一段温度剖面，拟合直线，再在同一个界面坐标取两侧温度差。不要用两个任意相邻层的瞬时温度直接相减。

本例半盒界面采用z/L=0.325—0.475与0.525—0.675；跨周期边界的另一处界面则先把Ge侧坐标展开到负z，再同样外推到z=0。

图中四个面板都保留。部分一侧温度近平台、局部线性拟合的R²很低，这说明温度涨落和区段选择仍会影响斜率与外推，不能只挑一张好看的面板。

3. 热流和热阻#

本对称周期布局按两路传热处理，热流使用两热浴能量斜率平均后再除2A。界面热阻 R=ΔT/J，单位m²·K/W，界面热导为其倒数。非对称几何或不等价的两条路径，需要另行确定每条路径的热流，不能默认均分。

追加200 ps后，用最后100 ps平均，结果为：

表中温差是两处界面拟合结果的平均，CSV仍保留各自数值和全部R²。本例展示完整的提取过程；薄层、受限应变、有限时间、势函数和拟合区间都会影响R，不能把该表直接当成任意真实Si/Ge界面的通用热阻。

4. 在终端检查具体输出#

head -n 12 reference-results/SiGe-L12-s74011/extended/temperature.profile
tail -n 5 reference-results/SiGe-L12-s74011/extended/bath-work.dat
head -n 9 reference-data/extended-Thermal-summary.csv

势函数元素映射和适用组合见 LAMMPS Tersoff官方说明。热浴和单位提取接着看硅直接NEMD，有限尺寸判断见长度与采样比较。