Materials Studio官方教程：Forcite——计算金属的熔化温度【1】

3、平衡晶体构型

下一步是导入fcc Cu结构。

单击Import按钮，导航至Structures\metals\pure-metals文件夹，双击Cu.xsd文件。选择File | Save As...，将其重命名为Cu_Solid。

要进行真实的分子动力学模拟，需要比单胞中的4个原子多得多的原子数。

选择Build | Symmetry | Supercell，打开Supercell对话框。将三个维度上的Supercell range均设置为10，单击Create Supercell按钮，关闭对话框。

将使用此结构作为共存计算的固体区域的基础。首先，在开始NPT运行之前，使用NVT系综进行短时间计算，以减少应力。由于这是一个初始构型平衡计算，将使用速度标度恒温方法，它能够非常快速地校正动能。

单击Modules工具条上的Forcite按钮，从下拉菜单中选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | Forcite | Calculation。

将Task设置为Dynamics，单击More...按钮，打开Forcite Dynamics对话框。将Ensemble设置为NVT，Temperature设置为1200 K，Frame output every设置为500。在Thermostat选项卡中，选择Velocity Scale为Thermostat，关闭对话框。

在Energy选项卡中，从Forcefield下拉菜单中选择Browse...，然后在Choose Forcefield对话框中，选择CuNi_Example.eam.alloy.off。

使用EAM表格化力场时，无需设置截断距离。在使用EAM时，Forcite将始终使用表格的全部范围。

注意：范德华表格化势能的情况并非如此。使用通常的范德华项截断距离，可在Forcite Non-Bond Options对话框上设置。

单击Run按钮，并关闭对话框。

当NVT运行后，将创建一个新的文件夹Cu_Solid Forcite Dynamics。计算任务完成后，NVT动力学计算的结果将存储在此文件夹中。

接下来，从轨迹的最后一帧开始运行NPT动力学计算。这确保晶格参数具有当前力场的正确平衡值，这可能与实验值略有不同。Andersen恒压方法只允许晶胞中的各向同性变化，这是合适的，因为晶胞应保持立方体。速度标度恒温方法可以以非物理方式改变原子的动力学，这可能会影响计算结果，因此建议使用NHL恒温方法。这对体系的扰动影响要小得多，因此最好用于构型生产运行。

确保Cu_Solid Forcite Dynamics\Cu_Solid.xsd为当前文档，并打开Forcite Calculation对话框，单击Setup选项卡上的More...按钮。

将Ensemble设置为NPT，Total simulation time设置为25 ps，Pressure设置为0.000101325 GPa。

在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为NHL，Q ratio设置为1。

在Barostat选项卡中，将Barostat设置为Andersen。关闭对话框。

单击Run按钮，关闭对话框。

将在现存的Cu_Solid Forcite Dynamics文件夹中，建立一个新的文件夹Cu_Solid Forcite Dynamics。当计算运行时，可以开始建立液体晶胞。

当计算运行时，应保存工程。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

4、平衡液体结构

现在需要在高于熔化温度的温度下确定液态铜的密度。实验测定的熔点处，液态铜的密度为8.02 g/cm3。然而，此处使用的原子间势可能会产生不同的值。

将使用Amorphous Cell模块创建初始液态几何构型，并使用分子动力学对此进行平衡。这将在以后用于构建共存单元。

要使用Amorphous Cell模块创建液态单位晶胞，应从包含单个铜原子的原子文档开始。

选择工程根目录并创建一个新的3D原子结构文档3D Atomistic Document，将其重命名为Cu_Atom。

绘制一个铜原子。保存并关闭文档。

现在，将使用Amorphous Cell模块创建初始液态几何构型。由于目的只是在无序状态下创建初始构型，因此可以使用默认的力场Universal。

从菜单栏中选择Modules | Amorphous Cell | Calculation，打开Amorphous Cell Calculation对话框。

在Composition列表中，单击Molecule列，从下拉列表中选择Cu_Atom.xsd。将Loading设置为4000 ，Density设置为8.02。

单击Options...按钮，打开Amorphous Cell Options对话框。取消勾选Optimize geometry复选框，关闭对话框。

在Project Explorer单击树状根目录，单击Run按钮，开始结构创建过程。关闭对话框。

在Project Explorer中将创建一个新文件夹Cu_Atom AC Construct。

当Amorphous Cell计算任务结束后，将输出轨迹的单帧复制到一个新的原子结构文档中。

使得Cu_Atom AC Construct\Cu_Atom.xtd为当前文档。从菜单栏中选择Edit | Select All，然后选择Edit | Copy。

在工程根目录中创建一个新的3D原子结构文档，右键单击该文档，从菜单栏中选择Edit | Paste。

将该文档重命名为Cu_Liquid并保存。

现在，将在1500 K下建立平衡结构密度。将重复前面用于固体的步骤，这次使用更高的温度。

打开Forcite Dynamics Calculation对话框。将Ensemble设置为NVT，Total simulation time设置为5 ps，Temperature设置为1500 K。

在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为Velocity Scale。关闭对话框。

单击Forcite Calculation对话框上的Run按钮。

将创建一个新文件夹Cu_Liquid Forcite Dynamics，NVT计算结果将保存在该文件夹中。等待此计算完成，然后继续进行NPT动力学模拟。

由于该体系是一种液体，可以置入任何形状的单位晶胞中，因此可以要求模拟单位晶胞保持立方体。因此，Andersen恒压方法仍然适用。

确保Cu_Liquid Forcite Dynamics\Cu_Liquid.xsd为当前文档。

打开Forcite Dynamics对话框，将Ensemble设置为NPT，Total simulation time设置为25 ps。在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为NHL。关闭对话框。

单击Run按钮，开始计算，并关闭对话框。

与之前一样，在现存的Cu_Liquid Forcite Dynamics文件夹中，将创建一个新的文件夹Cu_Liquid Forcite Dynamics。现在应该等待所有正在运行的计算完成。完成后，将从液态NPT计算文本报告中获取密度值。

打开Cu_Liquid Forcite Dynamics\Cu_Liquid Forcite Dynamics\Cu_Liquid.txt文件。在该文件的底部，---- Dynamics summary ----部分，可以搜索到平均密度。

记下该数据以便之后使用。

保存工程。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

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