Moltemplate：用子单元搭建聚合物链

本文搭建12珠的粗粒化链，展示模块导入、继承、分子编号与跨子单元连键。珠子是演示单元，不是原子级聚合物或拟合势函数。使用Moltemplate 2.22.5和LAMMPS 30Sep2026 CPU版本。

1. 生成两个间距对照#

module load moltemplate/2.22.5
python prepare.py
cd cases/chain-1p4

这里用units lj无量纲单位、谐键K=100、平衡长度1.3，并把非键相互作用设为零，以便单独核对链连接。

2. 查看完整LT文件#

chainff.lt#

ChainFF {
 write_once("In Init") {
  units lj
  atom_style full
  pair_style zero 4.0
  bond_style harmonic
 }
 write_once("Data Masses") {
  @atom:bead 1.0
 }
 write_once("In Settings") {
  pair_coeff * *
  bond_coeff @bond:link 100.0 1.3
 }
}

bead.lt#

import "chainff.lt"
Bead inherits ChainFF {
 write("Data Atoms") {
  $atom:site $mol:... @atom:bead 0 0 0 0
 }
}

chain.lt#

import "bead.lt"
Chain inherits ChainFF {
 create_var {$mol}
 m0=new Bead.move(0.000000000000,0,0)
 m1=new Bead.move(1.400000000000,0,0)
 m2=new Bead.move(2.800000000000,0,0)
 m3=new Bead.move(4.200000000000,0,0)
 m4=new Bead.move(5.600000000000,0,0)
 m5=new Bead.move(7.000000000000,0,0)
 m6=new Bead.move(8.400000000000,0,0)
 m7=new Bead.move(9.800000000000,0,0)
 m8=new Bead.move(11.200000000000,0,0)
 m9=new Bead.move(12.600000000000,0,0)
 m10=new Bead.move(14.000000000000,0,0)
 m11=new Bead.move(15.400000000000,0,0)
 write("Data Bonds") {
  $bond:b0 @bond:link $atom:m0/site $atom:m1/site
  $bond:b1 @bond:link $atom:m1/site $atom:m2/site
  $bond:b2 @bond:link $atom:m2/site $atom:m3/site
  $bond:b3 @bond:link $atom:m3/site $atom:m4/site
  $bond:b4 @bond:link $atom:m4/site $atom:m5/site
  $bond:b5 @bond:link $atom:m5/site $atom:m6/site
  $bond:b6 @bond:link $atom:m6/site $atom:m7/site
  $bond:b7 @bond:link $atom:m7/site $atom:m8/site
  $bond:b8 @bond:link $atom:m8/site $atom:m9/site
  $bond:b9 @bond:link $atom:m9/site $atom:m10/site
  $bond:b10 @bond:link $atom:m10/site $atom:m11/site
 }
}

system.lt#

import "chain.lt"
p=new Chain
write_once("Data Boundary") {
 -10 30 xlo xhi
 -10 30 ylo yhi
 -10 30 zlo zhi
}

$mol:...让珠子沿用父层的分子编号，create_var {$mol}在链层定义同一个分子。跨单元连接使用$atom:m0/site这类路径，编号由程序生成。每条原子或参数记录单独换行，避免多份模板展开后粘连成一行。

3. 生成并交给LAMMPS#

moltemplate.sh system.lt
module load lammps/30Sep2026-8173m
export OMP_NUM_THREADS=1 MKL_NUM_THREADS=1 I_MPI_FABRICS=shm
lmp -in run0.in -log lammps.log
cd ../chain-1p3
moltemplate.sh system.lt
lmp -in run0.in -log lammps.log

两者均为12珠、11键、1个分子。间距1.3时势能约2.8×10^-28，可视为零；间距1.4时势能为11，链端力的大小为20，中间珠的两侧力相互抵消。

4. 用公式核对#

LAMMPS谐键为K(r−r0)^2，不是再乘1/2。本例11条键的能量是11×100×(1.4−1.3)^2=11；单个端点力为2×100×0.1=20。thermo_modify norm no确保输出总能量，而不是每原子归一化能量。

cd ../..
/public/toolkit/miniconda3/envs/ase-3.29.0/bin/python analyze.py
cat analysis/models.csv

完整包会逐条检查连接图和解析力。真实聚合物还需要角、二面角、非键相互作用及经过验证的参数；本例是拓扑教学，不应用其零非键势预测材料性质。

下载完整可复跑资料包。解压到新目录执行 bash run.sh，脚本最多使用一个CPU线程。这里只做小型建模与六次run 0，没有MD采样；实际生产模拟按作业指南申请资源。每个条件有自己的LT输入、system.data、system.in.init、system.in.settings、run0.in和日志，输出表与图在analysis/、figures/。