系综的选择

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LAMMPS

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Aug 13, 2009, 9:33:56 PM8/13/09
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一般NPT是用来平衡体系,得到平均的box size,之后用NVT或者NVE来得到自己需要的数据。这样作的原因是尽量减少barostat或者
thermostat对系统的影响。有些性质还只能在NVE的结果中计算,比如diffusion coefficient.


原则上来说,ensemble的不同只是finite size effect. 如果系统无限大,各个ensemble应该得到同样的结果。但是问题
是我们不可能模拟无限大的系统,所以我猜water说的意思可能是在相变这种特殊环境下,比如一些first order phase
transition,系统的fluctuation会很大,如果限制在NVT中做模拟,系统没有办法handle这种fluctuation,导致很
多信息的丢失。类似的,在很多大型体系中,比如lipid bilayer,用NPT也是为了handle结构的 fluctuation.

至于diffusion的问题,不管是哪种 thermostat 哪种barostat,都是基于某个分布来scale系统的box和
particle的速度。我认为不管是NPT还是NVT,都是对系统aritifical的处理。所以,基本上我还是坚持我的观点,严格的
diffusion coefficient只能在NVE下获得。

tutu可以不同意我的观点,但是你得说出个道道来,你砸几篇nature下来并不能证明你是对的。全世界一年有多少篇science nature
PRL JACS?有多少是错的?有多少是值得怀疑的?有多少是10年之后还保留下去的?我并不怀疑这些杂志的档次,只是你不能站在这个立场上来抑制对
问题的讨论。事实上,如果你细心的话,基本上大部分的分子动力学模拟的原始理论文章都是在JCP,JPC这种“不入流”的档次杂志上发表。但这并不影响
这些先驱者们的学术地位。


事实上,用什么样的系综取决于要研究的具体对象,也与physical quantities of interest有关。Generally
speaking,在热力学极限的情况下,各种系综都是等价的。没错,我们确实不可能模拟无穷大的系统,但是周期性边界条件的使用,在很大程度上可以将
有限尺寸效应最小化。其实,如果要明确地量化这种有限尺寸效应的话,完全可以将参考系统(比如说粒子数)扩大(当然是在计算资源许可的情况下),或者
employ extrapolate手段来进行check,因此不存在使用的系综不同,而导致有限尺寸效应的说法。至于在相变(一级或者二极)点,有
些系统确实会出现(super) critical slowing-down,特别对具有rugged energy landscape的系统,比
如说protein folding and glass systems等等。如果要运用常规的正则抽样,由于涨落比较厉害,会导致
ergodicity fails。但是如果在NVT系综中运用高级一些的算法(Multi-histogram)还是可以克服的,尽管有限。当然也可
以利用更好的系综(比如:multi-canonical ensemble/Wang-Landau algorithm)进行处理

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