液态氩相变问题仿真
课题要求：研究液态氩随着温度的降低从液态转变为固态的相变问题，并分析特定温度下液态氩的性质。
1、仿真方法的选择 1.1 分子动力学简介
分子动力学方法是一种计算机模拟实验方法，是研究凝聚态系统的有力工具。该技术不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中各种微观细节，广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。在忽略核子的量子效应和Born-Oppenheimer绝热近似下，分子动力学的这一种假设是可行的。经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。因此本课题适合采用分子动力学方法进行模拟。
1.2 分子动力学常用仿真软件简介
（1）LAMMPS适用于材料体系的仿真;(2) Materials Explorer适用于化学和材料体系的仿真；（3）AMBER适用于生物体系的仿真；（4）GROMACS适用于蛋白质体系的仿真；（5）DL-Ploy适用于界面体系的仿真；（6）namd适用于生物和化学软材料体系；（7）CHARMM主要适用于生物体系，也包含部分化学体系。
其中，LAMMPS即Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator-大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作，一般来讲，分子动力学所涉及到的领域，LAMMPS代码也都涉及到了。LAMMPS由美国Sandia国家实验室开发，以GPL license发布，即开放源代码且可以免费获取使用，使用者可以根据自己的需要自行修改源代码。LAMMPS可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数。具有支持并行计算，并行扩展性好，C++可拓展性好等特点。
综上所述分析比较，本课题选用分子动力学LAMMPS软件进行液态氩相变问题的仿真。
2、液态氩液态变固态的相变仿真
2.1编写LAMMPS的运行程序in文件。
in文件的程序如下：
# 2d Lennard-Jones quench
units lj #指定为lammps的lj类 atom_style atomic #原子模式
boundary p p p #周期性边界条件
lattice fcc 0.851 #液态Ar的晶格常数0.851 region box block 0 8 0 8 0 5 #区域大小
create_box 1 box #将上述区域指定为模拟的盒子 create_atoms 1 box #将原子按晶格填满盒子
1
mass 1 1.0 #原子质量为1 velocity all create 0.85 872877 #指定初始速度 timestep 0.01 #步长
pair_style lj/cut 2.5 #选择lj势 pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5 neighbor 0.3 bin
neigh_modify every 10 delay 0 check yes thermo 1000
fix 1 all npt temp 0.85 0.85 2.0 iso 0.0 0.0 1.00 #保持初始温度，在NPT下弛豫
run 50000 #运行50000步 unfix 1
dump 1 all xyz 1000 quench.xyz #输出各坐标信息
fix 1 all npt temp 0.85 0.01 2.0 iso 0.0 0.0 1.00 #在NPT下使温度从0.85降至0.01 dump 1 all atom 1000 dump.quench
dump 2 all image 1000 image.*.jpg type type zoom 1.6 adiam 1.5 #输出JPG图像文件
dump_modify 2 pad 4
dump 3 all movie 1000 movie.mpg type type zoom 1.6 adiam 1.5 #输出MPG格式文件 dump_modify 3 pad 4 run 1000000
2.2液态氩相变仿真结果分析
在LAMMPS软件中运行in文件，得到以下图像文件：
图1第50000步 图2第300000步 图3第500000步
图1、2、3反映了液态氩的原子状态，原子位置不确定，没有规则排列。
2
图4第546000步 图5第547000步 图6第548000步
图7第549000步 图8第550000步 图9第551000步
图4、5、6、7、8、9反映的是氩由液态向固态转变的过渡过程，从图片中可以看出原子的位置逐渐缩减到一定范围内，且排列逐渐显示出一定的规则。
图10第600000步 图11第800000步 图12第1000000步
图10、11、12反映的是固态氩的原子状态，原子位置确定，且规则排列。
通过MPG视频文件，除了以上图片所显示的信息外，我们还能观察到在整个模拟过程中，即随着温度下降的过程，原子的速度越来越小，活动范围由大到小，慢慢固定在一个小区域里活动。
3、特定温度下液态氩性质仿真
利用LAMMPS建立8×8×8的FCC格子，分别在T=0.1,0.4,0.6,0.8,1.0下保持零外压弛豫，得到在不同温度下原子运动的情况，以及不同径向分布函数。
3.1编写LAMMPS的输入文件in.melt_Ar_temp
# 2d Lennard-Jones melt_temp units lj
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