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周期性边界条件

已有 14795 次阅读 2021-4-10 10:08 |个人分类:lammps|系统分类:科研笔记

周期性边界条件(PBC)是一组边界条件,通常通过使用称为单位单元的一小部分来选择它们,以近似大型(无限)系统。PBC通常用于计算机仿真和数学模型中。二维PBC的拓扑与某些视频游戏的世界地图的拓扑相同。晶胞的几何形状满足完美的二维平铺,并且当一个物体穿过晶胞的一侧时,它以相同的速度重新出现在另一侧。用拓扑学术语来说,二维PBC构成的空间可以认为是映射到圆环上的(压缩)。由PBC近似的大型系统由无限数量的单位单元组成。在计算机模拟中,其中之一是原始模拟框,其他是称为图像的副本。在模拟过程中,仅需要记录和传播原始模拟盒的属性。最小图像约定是PBC粒子簿记的一种常见形式,其中模拟中的每个单个粒子与系统中其余粒子的最接近图像进行交互。

周期性边界条件的概念的示意图。


在分子动力学模拟中,PBC通常用于计算散装气体,液体,晶体或混合物。常见的应用程序使用PBC在显式溶剂浴中模拟溶剂化的大分子。Born-von Karman边界条件是特殊系统的周期性边界条件。PBC要求晶胞的形状必须完美地贴合到三维晶体中。因此,不能使用球形或椭圆形的液滴。立方或直角棱镜是最直观和最常见的选择,但由于角落中不必要的溶剂分子数量(远离中心大分子)而在计算上可能会很昂贵。要求较小体积的常见替代方法是截断的八面体。




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