AIMD for CO

112 views
Skip to first unread message

Wan-Lu Li

unread,
Mar 28, 2020, 7:48:24 PM3/28/20
to cp...@googlegroups.com
Dear CP2K users,

Now I'm running the AIMD simulation for CO molecule at 300K under NVT ensemble to calculate the time averaged energy. But I found the temperature fluctuation is very large (even for 2ps), while the energy seems quite converged. I attached part of my CO.ener file here and the end is my input file. Is this case normal and can I use the averaged energy from the fifth column? Thanks a lot for your help in advance.

Best regards,
Wanlu

part of the CO.ener file:
#     Step Nr.          Time[fs]        Kin.[a.u.]          Temp[K]            Pot.[a.u.]        Cons Qty[a.u.]        UsedTime[s]
         0            0.000000         0.001425067       300.000000000       -21.617781192       -21.616356125         0.000000000
         1            1.000000         0.000692729       145.830941811       -21.617837920       -21.616358277       194.412350386
         2            2.000000         0.000839725       176.775929504       -21.617886447       -21.616360106        46.210681908
         3            3.000000         0.001256199       264.450456994       -21.617967921       -21.616363102        57.633208051
         4            4.000000         0.000374173        78.769638799       -21.617973412       -21.616363182        46.150063051
         5            5.000000         0.000559107       117.701236643       -21.617953442       -21.616361844        59.398619272
         6            6.000000         0.002482481       522.602979873       -21.617783307       -21.616353176       106.069239420
         7            7.000000         0.001196440       251.870238012       -21.617652842       -21.616346215        58.390943444
         8            8.000000         0.001901098       400.212437908       -21.617651021       -21.616345218        58.502904797
         9            9.000000         0.000855354       180.066031924       -21.617744300       -21.616349141        31.228304488
        10           10.000000         0.001273480       268.088528685       -21.618056502       -21.616361811        66.249216199
        11           11.000000         0.001148365       241.749723441       -21.618101233       -21.616363020        65.788505557
        12           12.000000         0.001337372       281.538780360       -21.618040656       -21.616360497        50.228434081
        13           13.000000         0.001088173       229.078325293       -21.617815635       -21.616351586        65.527550608
        14           14.000000         0.000638396       134.392771993       -21.617717647       -21.616347841        30.803143926
        15           15.000000         0.001131299       238.157024534       -21.617750654       -21.616349105        30.703742482
        16           16.000000         0.000882749       185.833161270       -21.618016211       -21.616359839        58.420952012
        17           17.000000         0.000704309       148.268604187       -21.618111383       -21.616364232        66.953019950
        18           18.000000         0.000984427       207.238102770       -21.618056478       -21.616362640        65.433037204
        19           19.000000         0.001300278       273.729917837       -21.617730686       -21.616349611        66.888907175
        20           20.000000         0.001251339       263.427334256       -21.617350722       -21.616332279        57.671368687
        21           21.000000         0.000071510        15.053991338       -21.617118557       -21.616320874        58.848506088
        22           22.000000         0.000328659        69.188061889       -21.617273411       -21.616328474        50.358033484
        23           23.000000         0.001961162       412.856931729       -21.617839418       -21.616354578        65.594630019
        24           24.000000         0.003432034       722.499539826       -21.618087842       -21.616363528        65.576697189
        25           25.000000         0.002137357       449.948804690       -21.617944687       -21.616356561        50.318810575
        26           26.000000         0.000282373        59.444052481       -21.617674167       -21.616345681        50.183309429
        27           27.000000         0.001428911       300.809318861       -21.617405859       -21.616335405        50.280129558
        28           28.000000         0.001230288       258.995910868       -21.617190458       -21.616327303        60.631839060
        29           29.000000         0.000778815       163.953411483       -21.617239252       -21.616329041        59.914822529
        30           30.000000         0.001037451       218.400572007       -21.617555040       -21.616341263        58.026954871
        31           31.000000         0.000257021        54.107232870       -21.617836485       -21.616352741        63.273706142
        32           32.000000         0.000815204       171.613774933       -21.617983436       -21.616358974        51.766234757
        33           33.000000         0.002147387       452.060254251       -21.618044023       -21.616365491        65.707532154
        34           34.000000         0.001059117       222.961601928       -21.617875727       -21.616358444        42.327060248
        35           35.000000         0.000556875       117.231265217       -21.617833972       -21.616356575        38.473901298
        36           36.000000         0.002660563       560.092203650       -21.617900280       -21.616359371        38.686128197
        37           37.000000         0.000306512        64.525842654       -21.618022387       -21.616364623        58.028456304
        38           38.000000         0.001094222       230.351784002       -21.618059911       -21.616366229        30.907870563
        39           39.000000         0.002375479       500.077458607       -21.618094890       -21.616365658        65.868519638
        40           40.000000         0.001059975       223.142157446       -21.617922951       -21.616358024        66.814346387
        41           41.000000         0.002150347       452.683436556       -21.617727451       -21.616350173        58.576830784
        42           42.000000         0.000955871       201.226516876       -21.617573183       -21.616344211        58.266955604
        43           43.000000         0.003461060       728.609943461       -21.617553106       -21.616343260        81.233679124
        44           44.000000         0.003689339       776.666432065       -21.617708084       -21.616348597        59.117384726
        45           45.000000         0.002945410       620.057281651       -21.617936220       -21.616357146        60.046403246
        46           46.000000         0.004584184       965.046120081       -21.618135902       -21.616363905       119.776386127
        47           47.000000         0.001211722       255.087403714       -21.618101005       -21.616362177        80.983581299
        48           48.000000         0.003172557       667.875357276       -21.618027232       -21.616358757        57.963843688
        49           49.000000         0.002787604       586.836497994       -21.617921379       -21.616353596        58.793182783
        50           50.000000         0.001320236       277.931380619       -21.617895704       -21.616352103        58.655742473
        51           51.000000         0.001349890       284.173930376       -21.617975899       -21.616356500        81.564031711
        52           52.000000         0.004197290       883.598537868       -21.618093592       -21.616362967        93.771222658
        53           53.000000         0.000804420       169.343569457       -21.618143900       -21.616365817        84.571369800
        54           54.000000         0.001340079       282.108729947       -21.618089714       -21.616364198        86.971021005
        55           55.000000         0.001111101       233.904941648       -21.618038691       -21.616362607        65.827716856
        56           56.000000         0.001635646       344.330302044       -21.618001500       -21.616361434        38.540800519
        57           57.000000         0.000383350        80.701385444       -21.617996052       -21.616361311        65.489763892
        58           58.000000         0.000581642       122.445243901       -21.618027478       -21.616362320        57.710738976
        59           59.000000         0.000637017       134.102594542       -21.618072549       -21.616363699        57.981170168
        60           60.000000         0.000256226        53.939856452       -21.618106586       -21.616364617        58.548539240
        61           61.000000         0.000276851        58.281711503       -21.618134608       -21.616365048        58.458087666
        62           62.000000         0.001327029       279.361436939       -21.618142721       -21.616364759        58.208439551
        63           63.000000         0.000305662        64.346965320       -21.618138401       -21.616363258        57.932972059
        64           64.000000         0.000792654       166.866636174       -21.618141563       -21.616362838        46.120169683
        65           65.000000         0.000968894       203.968166349       -21.618163658       -21.616363286        30.770339062
        66           66.000000         0.001585392       333.751027453       -21.618228272       -21.616365914        81.433016635
        67           67.000000         0.003230830       680.142887167       -21.618248138       -21.616366576        57.805929371
        68           68.000000         0.004550695       957.996018285       -21.618173297       -21.616364727        85.084943491
        69           69.000000         0.001315308       276.894023628       -21.618119388       -21.616363118        38.600684694
        70           70.000000         0.002560177       538.959267435       -21.618098609       -21.616362903        40.223963304
        71           71.000000         0.001819033       382.936419195       -21.618079845       -21.616362398        90.782305011
        72           72.000000         0.000517145       108.867468032       -21.618072415       -21.616363269        59.907460252
        73           73.000000         0.000564062       118.744295312       -21.618059739       -21.616363893        59.481724930
        74           74.000000         0.000521309       109.744026596       -21.618038633       -21.616363840        59.628348131
        75           75.000000         0.002132719       448.972441454       -21.618004901       -21.616363063        61.541181826
        76           76.000000         0.000535457       112.722531882       -21.617998466       -21.616362945        25.172890818
        77           77.000000         0.000791883       166.704365624       -21.617996265       -21.616363155        40.223652923
        78           78.000000         0.001431101       301.270260395       -21.618006814       -21.616363694        40.042347613
        79           79.000000         0.001260725       265.403370341       -21.618019664       -21.616364007        39.697757854
        80           80.000000         0.000110691        23.302251401       -21.618026769       -21.616364035        41.031351849
        81           81.000000         0.001271648       267.702757536       -21.618039910       -21.616364022        40.622016474
        82           82.000000         0.001943523       409.143432763       -21.618051808       -21.616363856        40.130044182
        83           83.000000         0.002089133       439.796797555       -21.618072968       -21.616363811        59.343040636
        84           84.000000         0.002634760       554.660284803       -21.618104400       -21.616364023        60.067878875
        85           85.000000         0.002369065       498.727210926       -21.618147035       -21.616364725        85.188466185
        86           86.000000         0.000799557       168.319960767       -21.618169688       -21.616364951        60.087728120
        87           87.000000         0.001556181       327.601699012       -21.618191051       -21.616365285        59.620458533
        88           88.000000         0.001500868       315.957459040       -21.618206771       -21.616365513        59.495860192
        89           89.000000         0.000521386       109.760310787       -21.618210141       -21.616365465        60.615616803
        90           90.000000         0.000642020       135.155667286       -21.618194752       -21.616364400        60.373461886
        91           91.000000         0.000287061        60.431151866       -21.618191018       -21.616364295        24.119875298
        92           92.000000         0.000548709       115.512238254       -21.618190786       -21.616364325        23.668599707
        93           93.000000         0.001219521       256.729274925       -21.618195472       -21.616364513        40.134158431
        94           94.000000         0.002274151       478.746167486       -21.618202538       -21.616364616        41.108107413
        95           95.000000         0.002352777       495.298222687       -21.618207847       -21.616364591        40.475635013
        96           96.000000         0.000042770         9.003762756       -21.618210327       -21.616364411        40.231778402
        97           97.000000         0.000644745       135.729403123       -21.618213635       -21.616364382        23.213505859
        98           98.000000         0.000375875        79.127780711       -21.618227316       -21.616364562        58.810299742
        99           99.000000         0.002188839       460.786546096       -21.618248055       -21.616364869        60.821353728
       100          100.000000         0.000810643       170.653709364       -21.618263919       -21.616365060        59.688553417
... ... (the phenomenon looks unchanged even upon 2ps)

Here is the input:

&FORCE_EVAL
        METHOD QS
        &PRINT
                &FORCES ON
                &END
        &END
        &DFT
                BASIS_SET_FILE_NAME BASIS_MOLOPT_UCL
                POTENTIAL_FILE_NAME GTH_POTENTIALS
                &MGRID
                        CUTOFF 400
                        REL_CUTOFF 60
                &END MGRID
                &QS
                        EPS_DEFAULT 1.0E-12
                        WF_INTERPOLATION ASPC
                &END QS
                &SCF                                                       
                  SCF_GUESS RESTART
                  MAX_SCF 500                                                
                  ADDED_MOS 500                                                                            
                  CHOLESKY INVERSE                                                                          
                  &SMEAR ON                                                                                
                  METHOD FERMI_DIRAC                                                                        
                  ELECTRONIC_TEMPERATURE [K] 300                                                            
                  &END SMEAR                                                                                
                  &DIAGONALIZATION                                                                          
                  ALGORITHM STANDARD                                                                        
                  &END DIAGONALIZATION                                                                      
                  &MIXING                                                                                  
                  METHOD BROYDEN_MIXING                                                                    
                  ALPHA 0.1                                                                                
                  BETA 1.5                                                                                  
                  NBROYDEN 8                                                                                
                  &END MIXING
                  &PRINT
                    &RESTART
                       ADD_LAST NUMERIC
                        &EACH
                           QS_SCF 0
                        &END EACH
                    &END RESTART
                  &END PRINT                                            
                  &END SCF
                &XC
                        &XC_FUNCTIONAL
                                &LIBXC
                                        FUNCTIONAL XC_MGGA_XC_B97M_V
                                &END LIBXC
                        &END XC_FUNCTIONAL
                        &vdW_POTENTIAL
                                DISPERSION_FUNCTIONAL NON_LOCAL
                                &NON_LOCAL
                                        TYPE RVV10
                                        PARAMETERS 6.0 0.01
                                        KERNEL_FILE_NAME /usr/common/usg/cp2k/6.1/data/rVV10_kernel_table.dat
                                &END NON_LOCAL
                        &END vdW_POTENTIAL
                        &XC_GRID
                                XC_DERIV NN50_SMOOTH
                        &END XC_GRID
                 &END XC
        &END DFT
        &SUBSYS
                &CELL
                        ABC 15.363 15.363 43.902
                        ALPHA_BETA_GAMMA 90.0  90.0 120.
                &END CELL
                &COORD
                        @INCLUDE 'CO.xyz'
                &END COORD
                &KIND C
                        BASIS_SET TZVP-MOLOPT-GTH
                        POTENTIAL GTH-PBE-q4
                &END KIND
                &KIND O
                        BASIS_SET TZVP-MOLOPT-GTH
                        POTENTIAL GTH-PBE-q6
                &END KIND
         &END SUBSYS
&END FORCE_EVAL
&GLOBAL
        PROJECT MD_CO
        RUN_TYPE MD
        PRINT_LEVEL LOW
&END GLOBAL
&MD
            ENSEMBLE NVT
            STEPS 100000
            TIMESTEP 1.0
            TEMPERATURE 300.0
         &THERMOSTAT
          REGION GLOBAL
          TYPE CSVR
          &CSVR
          TIMECON [fs] 1.
         &END CSVR
        &END THERMOSTAT
    &END MD
    &PRINT
     &TRAJECTORY
       &EACH
        MD 10
       &END EACH
     &END TRAJECTORY
     &RESTART
     &EACH
       MD 1
     &END EACH
   &END RESTART
    &END PRINT
&END MOTION



Lucas Lodeiro

unread,
Mar 29, 2020, 1:10:05 AM3/29/20
to cp...@googlegroups.com
Hello Wanlu,

I think this a normal behaviour. Temperature is thermostatistical property, then its significance is "real" when you use an average over time or particles. When you run a MD with hundreds of particles, you have a particle average at each frame, but when you use a single particle, the temperature is not well defined for each frame, but the time average temperature its better defined. As an example, a single particle harmonic oscillator, you define an initial and conserved total energy, the particle changes their potential and kinetic energy along the parabola, at the left and the right "all" (forgot the zero point energy) the energy is potential energy, and in the middle "all" is kinetic, the kinetic energy (and the particle temperature) oscillate from total energy (the highest temperature) to zero in an harmonic framework, and the time average gives you the thermostatistic temperature. If you couple a thermostat to regulate the temperature, you will add and subtract kinetic energy depending the time local situation, and never achieve the equilibrium.
This is what happens in a single molecule MD (with some differences from the previous picture, due to the oscillators are not totally harmonic, and the time integration is not infinitesimal).
If you want to simulate a single molecule at a particular temperature T*, I recommend to run a NVE MD, with an initial temperature of 2T*, and a minimum energy geometry (at the same level of theory). In this framework, from the equipartition principle, half of kinetic energy goes to the potential energy (the average values) and the average temperature would T*, or very near (due to the system and the simulation are not ideal or perfect). This is like as running a harmonic MD with an initial geometry in the bottom of the parabola, and giving some kinetic energy (where kinetic energy is equal to total energy at the beginning).

Regards!

--
You received this message because you are subscribed to the Google Groups "cp2k" group.
To unsubscribe from this group and stop receiving emails from it, send an email to cp2k+uns...@googlegroups.com.
To view this discussion on the web visit https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/CA%2BSPXOjOGe2gKv11KtxeqgZW8obeLdoCOPFwfrYdVhxfppHw%3Dg%40mail.gmail.com.
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages