【LAMMPS学习】八、基础知识(4.6)SPC水模型

8. 基础知识

此部分描述了如何使用 LAMMPS 为用户和开发人员执行各种任务。术语表页面还列出了 MD 术语，以及相应 LAMMPS 手册页的链接。 LAMMPS 源代码分发的 examples 目录中包含的示例输入脚本以及示例脚本页面上突出显示的示例输入脚本还展示了如何设置和运行各种模拟。

8.1.通用基础知识

8.2. 设置入门

8.3. 分析入门

8.4. 力场入门

8.4.1. CHARMM、AMBER、COMPASS 和 DREIDING 力场

8.4.2. AMOEBA 和 HIPPO 力场

8.4.3. TIP3P 水模型

8.4.4.TIP4P水模型

8.4.5.TIP5P 水模型

8.4.6.SPC 水模型

SPC 水模型指定了 3 个位点的刚性水分子，并为 3 个原子中的每个原子分配了电荷和 Lennard-Jones 参数。在 LAMMPS 中， fix shake 命令可用于保持两个 O-H 键和 H-O-H 角刚性。还应使用 Harm 的键样式和 Harm 或 charmm 的角度样式。

这些是为 O 和 H 原子以及水分子设置的附加参数（以实际单位表示），以运行严格的 SPC 模型。

O mass = 15.9994

H mass = 1.008

O charge = -0.820

H charge = 0.410

LJ  of OO = 0.1553

LJ  of OO = 3.166

LJ  of OH, HH = 0.0

 of OH bond = 1.0

 of HOH angle = 109.47

请注意，正如最初提出的那样，SPC 模型的 LJ 和库仑项的截止值均为 9 埃。它还可以与长程静电解算器（例如 LAMMPS 中的 Ewald 或 PPPM）一起使用，而无需更改上述任何参数，尽管它在该使用模式下成为不同的模型。

SPC/E（扩展）水模型是相同的，只是部分电荷分配发生了变化：

O charge = -0.8476

H charge = 0.4238

有关 SPC 和 SPC/E 型号的更多详细信息，请参阅 (Berendsen)  参考资料。

下面是 LAMMPS 输入文件和 SPC/E 水分子文件 ( spce.mol ) 的代码，与molecule command ​​​​​​​一起使用，演示了如何为具有刚性键的 SPC/E 设置小型水系统。

units real
atom_style full
region box block -5 5 -5 5 -5 5
create_box 2 box  bond/types 1 angle/types 1 &
                extra/bond/per/atom 2 extra/angle/per/atom 1 extra/special/per/atom 2

mass 1 15.9994
mass 2 1.008

pair_style lj/cut/coul/cut 10.0
pair_coeff 1 1 0.1553 3.166
pair_coeff 1 2 0.0    1.0
pair_coeff 2 2 0.0    1.0

bond_style zero
bond_coeff 1 1.0

angle_style zero
angle_coeff 1 109.47

molecule water spce.mol
create_atoms 0 random 33 34564 NULL mol water 25367 overlap 1.33

timestep 1.0
fix rigid     all shake 0.0001 10 10000 b 1 a 1
minimize 0.0 0.0 1000 10000
velocity all create 300.0 5463576
fix integrate all nvt temp 300.0 300.0 100.0

thermo_style custom step temp press etotal density pe ke
thermo 1000
run 20000 upto
write_data spce.data nocoeff

# Water molecule. SPC/E geometry

3 atoms
2 bonds
1 angles

Coords

1    0.00000  -0.06461   0.00000
2    0.81649   0.51275   0.00000
3   -0.81649   0.51275   0.00000

Types

1        1   # O
2        2   # H
3        2   # H

Charges

1       -0.8476
2        0.4238
3        0.4238

Bonds

1   1      1      2
2   1      1      3

Angles

1   1      2      1      3

Shake Flags

1 1
2 1
3 1

Shake Atoms

1 1 2 3
2 1 2 3
3 1 2 3

Shake Bond Types

1 1 1 1
2 1 1 1
3 1 1 1

Special Bond Counts

1 2 0 0
2 1 1 0
3 1 1 0

Special Bonds

1 2 3
2 1 3
3 1 2

Ref：

(Berendsen) Berendsen, Grigera, Straatsma, J Phys Chem, 91, 6269-6271 (1987).