原创 一直陪着你的 LAMMPS交流站 2021-10-18 11:40
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大家好，小编最近的课题需要输出RDF（径向分布函数），小编就去lammps官网及网络查找了如何用lammps输出RDF，小编就把自己学到的用法在这里跟大家分享，也算是小编学习过程中的一个笔记。
本教程也是小编现学现卖，不足之处请各位指出，希望能给读者提供一定的帮助，读者可结合实际需求，同时希望专业前辈提出不足，小编会和大家共同学习。
01
RDF介绍
1.径向分布函数概念
在统计力学中，多粒子系统（原子、分子、胶体……中， 径向分布函数（又称对关联函数）描述粒子密度作为距参考原子的距离的函数如何变化。
如果给定粒子当做原点，体系平均粒子数密度为 ρ=N/V，则距原点为r处的局部时间平均的密度为 ρ*g(r) 。这是对均匀的各向同性系统的简化定义。
简言之，这是对于距参考粒子距离为r处找到粒子的相对概率的测量，参考态是理想气体。一般的算法是计算在距参考原子 r 到 r+dr 这样的壳层里有多少粒子。
RDF的定义的定义式如下：
式中，V为系统的个数，N为系统中的粒子数,n(r)为纳米粒子半径dr处厚度下的原子数。
2.径向分布函数意义
径向分布函数通常用g(r,r')来表示。对于 |r-r'| 比较小的情况，g(r,r') 主要表征的是原子的堆积状况及各个键之间的距离。对于长程的性质，由于对于给定的距离找到原子的几率基本上相同，所以g(r,r')随着|r-r'|的增大而变得平缓，最后趋向于恒值。通常定义 g(r,r')时，归一化的条件为 |r-r'| 趋向于无穷大时，g(r,r') 趋向于一。通常，对于晶体，由于其有序的结构，径向分布函数有长程的峰，而对于非晶物质（amorphous matter），则径向分布函数一般只有短程的峰。
径向分布函数通常被用来描述原子有序性及描述电子的相关性（指的就是给定一个电子，其他电子在此电子周围出现的几率），也就是在RDF图中，峰所在位置就是电子出现概率大的位置。
02
官网用法
我们在lammps官网可以看到输出RDF的具体语法
compute ID group-ID rdf Nbin itype1 jtype1 itype2 jtype2 ... keyword/value ...fix ID group-ID ave/time Nevery Nrepeat Nfreq value1 value2 ... keyword args ...
举例：
compute 1 all rdf 100compute 1 all rdf 100 1 1compute 1 all rdf 100 * 3 cutoff 5.0compute 1 fluid rdf 500 1 1 1 2 2 1 2 2compute 1 fluid rdf 500 1*3 2 5 *10 cutoff 3.
在compute rdf命令中，Nbin为统计量（样本量），数越多可能曲线会越光滑（一般200-500）；itype1是径向分布函数的中心原子， jtype1是被统计的原子。
在fix ave/time命令中，Nfreq必须是Nevery的整数倍，
Nevery
必须是非零。用compute rdf命令时，value1、value2 ... 为c_ID[1]，c_ID[2]，c_ID[3]，输出结果按列依次为序号，c_ID[1]为group到原点的距离，即x轴，c_ID[2]为g( r )，c_ID[3]为coor( r )，即 g( r )的积分，也就是输出的数据以c_ID[1]为横轴，以c_ID[2]或c_ID[3]为纵轴，就可以得到某一时刻的RDF曲线。
例如以下命令可用于输出每1000步的rdf值，在截断半径范围内，距离被分成200段：
compute rdf all rdf 200 2 6 #rdffix rdf all ave/time 1000 1 1000 c_rd1[1] c_rd1[2] c_rd1[3] file data.rdf mode vector
03
代码示例
本文将之前做的一个案例CuNi合金熔化模拟过程的1550K-2500K升温过程的RDF输出，添加的代码为：
compute rdf all rdf 200fix saverdf all ave/time 100 100 10000 c_rdf[1] c_rdf[2] file data.rdf mode vector
完整in文件如下：
#lammps交流站案例
units metal
boundary p p p
atom_style atomic
read_data melting.in.dat
lattice fcc 3.65
region box block -30 30 -5 5 -5 5
#create_box 1 box
#create_atoms
mass 1 64.55
mass 2 58.69
pair_style eam/alloy
pair_coeff * * CuNi.lammps.eam Cu Ni
region 1 block INF -0.01 -6 6 -6 6
group left region 1
region 2 block -0.01 INF -6 6 -6 6
group right region 2
timestep 0.002
velocity all create 1550.0 4928459 dist gaussian
fix 1 all npt temp 1550 1550 0.1 iso 0 0 0.2
dump melt all atom 10000 dump.dat
#dump melt all custom 1000 dump.atom.slow tag type xu yu zu vx vy vz sxx syy szz
restart 50000 restart.*
thermo 100
run 4000
#thermo_style custom step temp etotal pe press vol pxx pyy pzz pyz pxz pxy
unfix 1
fix 1 right npt temp 1550 2500 0.1 x 0 0 0.2
#1.输出rdf
compute rdf all rdf 200
fix saverdf all ave/time 100 100 10000 c_rdf[1] c_rdf[2] file data.rdf mode vector
run 2000
unfix 1
fix 1 right npt temp 2500 1550 0.1 x 0 0 0.2
run 44000
unfix 1
fix 1 all nph iso 0.0 0.0 0.2
run 500000最后，用记事本打开生成的data.rdf文件，用里面的数c_rdf[1]及 c_rdf[2]绘图，就可以得到如下的RDF曲线。
注意
1.文中所需的data文件及势文件已上传至QQ群-lammps交流站。
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