lammps命令neighbor

neighbor command — LAMMPS documentation

在LAMMPS中，neighbor命令用于定义邻居列表（neighbor list）的更新策略和切割半径（skin distance），是分子动力学模拟中至关重要的一部分。邻居列表用于储存每个粒子在切割半径（cutoff）内的相邻粒子信息，从而加速力的计算。

neighor 命令的语法

neighbor <skin> <style>

• skin:额外的缓冲距离，单位为距离（与模拟的单位制一致）。skin的值决定了邻居列表的范围，粒子间的总相互作用是 cutoff+skin。
• style：控制邻居列表更新的方式：
  • bin：基于网格划分的方式更新邻居列表（默认）。
  • msq：基于直接的 $O(N^2)$距离比较的方式计算邻居列表，适用于小系统。
  • multi：对于多种粒子类型的系统使用多种网格划分方式。

参数解释

skin 参数

skin参数的作用是避免频繁地重建邻居列表，从而节省计算时间。通常 skin 数值越大，建立近邻列表的频率越低，但是每步都必须检索更多的原子对以确定正确的力相互作用。skin 的值通常设置为 0.3 - 2.0 倍的原子间隔，但它需要根据系统的温度和压力调整。

如果将 neigh modify命令的check选项设置为 yes，则skin距离还用于确定原子迁移到新处理器的频率。原子在重新构建邻居列表的同一时间步上迁移（通信）到新的处理器。

如果粒子在两个邻居列表更新之间移动的距离超过 skin，LAMMPS 会中止运行，并报错。

若系统温度高或原子运动幅度大（如在高能量初始态或拉伸模拟中），需要增加 skin 的值或者减小步长以避免此问题。

示例：

neighbor	2.0	bin

style-bin 参数

• 使用基于空间划分的网格（bins）来高效构建邻居列表。计算复杂度为 O(N/P)，N 为原子总数，P 为处理器数。
• 每个粒子只搜索其所在网格和相邻网格中的粒子，大大减少了粒子对之间的距离计算次数。对于一般的体系，bin 计算速度比 nsq 快很多
• 适合大多数分子动力学模拟。

style-nsq 参数

• 采用简单的全粒子对比较方法，计算每两个粒子之间的距离。
• 计算复杂度为$O(N^2)$，通常只适用于非常小的系统（如 <1000 个粒子）。
• 对于非周期盒子中未溶解的小分子，nsq的选择有时会更快。在不考虑误差的情况下， bin 与 nsq 的计算结果应该是相同。

style-multi 参数

• 对于不同类型的粒子（atom types），使用不同的划分网格（bins）。
• 适合粒子大小或密度分布差异较大的系统。

默认设置

0.3 bin for units = lj, skin = 0.3 sigma
2.0 bin for units = real or metal, skin = 2.0 Angstroms
0.001 bin for units = si, skin = 0.001 meters = 1.0 mm
0.1 bin for units = cgs, skin = 0.1 cm = 1.0 mm

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