fix SMD计算自由能(PMF)之umbrella抽样

本文介绍如何使用LAMMPS软件通过umbrella抽样计算潜在能量面(PMF)。通过steered MD设置初始结构,限制距离进行平衡运行,然后利用WHAM方法处理数据,得到精确的自由能曲线。该方法适用于大粒子体系,如纳米粒子与膜的相互作用。文中提供了一个详细的实例,包括设置参数、执行模拟和输出数据的步骤。

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上次介绍了,非平衡做功的方法计算自由能,其实fix smd继承了fix
spring的一些功能,也可以进行伞状抽样,进而用wham方法分析,获得比较好的自由能(PMF)曲线。umbrella方法是目前比较成功,且应用比较广的加强抽样方法,在定义反应坐标之后(可以是两个group的距离,或者某一方面上的距离),采用弹簧势限制位置进行抽样即可。伞状抽样,可以克服在高能垒下抽样不充分的缺陷。
对于大粒子体系,比如纳米粒子与膜作用;两个纳米粒子的有效相互作用等等,比较常用。

技术上比较简单。大致步骤如下:

  1. 利用steered MD cvel速度不为0,慢拉,获得每个反应坐标上,每个窗口下的初始结构(比如距离是 5 4 3 2 1下的初始结构)

  2. 每个窗口下,限制距离跑平衡,然后输出要处理的数据信息

3.WHAM方法进行数据处理。

下面是一个伞状抽样的实例。供大家学习(注:实例中,热浴、相互作用等设置只求简单,不求合理)。

example steered MD for two particles

echo screen
units lj
atom_style atomic
atom_modify map array
dimension 2

region box block 0 20 0 20 -0.5 0.5 units box
create_box 2 box
create_atoms 1 random 300 12345 box units box

set atom 10 type 2
set atom 20 type 2

mass 1 1.0
mass 2 5.0

multi neighbor and comm for efficie

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