【LAMMPS学习】八、基础知识(4.5)TIP5P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

五点 TIP5P 刚性水模型通过添加两个通常无质量的附加位点 L 来扩展 three-point TIP3P model ，其中放置与氧原子相关的电荷。这些位点 L 位于距氧原子固定距离处，形成从 HOH 平面旋转 90 度的四面角。因此，这些位点在某种程度上近似于氧的孤对，从而改善了水结构，与four-point TIP4P model相比变得更加“四面体”。

具有截止库仑的合适对样式是：

pair_style lj/cut/coul/cut
或长程模型的这些命令：

pair_style lj/cut/coul/long
pair_style lj/cut/coul/long/soft
kspace_style pppm
kspace_style pppm/disp kspace_style ppm/disp

TIP5P 模型必须使用 rigid fix运行，因为在 LAMMPS 中没有其他选项可以保持这种结构的刚性。为了避免 LAMMPS 由于无质量的 L 位点而产生错误，需要为它们分配一个微小的非零质量。

下表列出了具有截止的 TIP5P 模型 (Mahoney) 和与长程库仑求解器（例如 LAMMPS 中的 Ewald 或 PPPM）一起使用的 TIP5P-E 模型 (Rick) 的力场参数（以实际单位表示））。

Parameter	TIP5P	TIP5P-E
O mass (amu)	15.9994	15.9994
H mass (amu)	1.008	1.008
O charge (e)	0.0	0.0
L charge (e)	-0.241	-0.241
H charge (e)	0.241	0.241
LJ $eq?%5Cepsilon$ of OO (kcal/mole)	0.1600	0.1780
LJ $eq?%5Csigma$ of OO (ÅÅ)	3.1200	3.0970
LJ $eq?%5Cepsilon$ of HH, LL, OH, OL, HL (kcal/mole)	0.0	0.0
LJ $eq?%5Csigma$ of HH, LL, OH, OL, HL (Å)	1.0	1.0
$eq?r_0$ of OH bond (Å)	0.9572	0.9572
$eq?%5Ctheta_0$ of HOH angle	104.52∘	104.52∘
OL distance (Å)	0.70	0.70
$eq?%5Ctheta_0$ of LOL angle	109.47∘	109.47∘

以下是 LAMMPS 输入文件的代码，用于使用分子文件设置 TIP5P 水的模拟。由于使用 fix rigid/small 不需要定义键，因此不需要为它们保留额外的存储空间，但是我们需要切换到atom风格full或使用 fix property/atom mol，以便fixrigid/small可以识别刚体的分子 ID。还添加了 neigh_modify exclude命令来排除计算分子内非键相互作用，因为无论如何这些都会被rigid fix删除：

units real
atom_style charge
atom_modify map array
region box block -5 5 -5 5 -5 5
create_box 3 box

mass 1 15.9994
mass 2 1.008
mass 3 1.0e-100

pair_style lj/cut/coul/cut 8.0
pair_coeff 1 1 0.160  3.12
pair_coeff 2 2 0.0    1.0
pair_coeff 3 3 0.0    1.0

fix mol all property/atom mol
molecule water tip5p.mol
create_atoms 0 random 33 34564 NULL mol water 25367 overlap 1.33
neigh_modify exclude molecule/intra all

timestep 0.5
fix integrate all rigid/small molecule langevin 300.0 300.0 50.0 235664
reset_timestep 0

thermo_style custom step temp press etotal density pe ke
thermo 1000
run 20000
write_data tip5p.data nocoeff

# Water molecule. Explicit TIP5P geometry for use with fix rigid

5 atoms

Coords

1    0.00000  -0.06556   0.00000
2    0.75695   0.52032   0.00000
3   -0.75695   0.52032   0.00000
4    0.00000  -0.46971   0.57154
5    0.00000  -0.46971  -0.57154

Types

1        1   # O
2        2   # H
3        2   # H
4        3   # L
5        3   # L

Charges

1        0.000
2        0.241
3        0.241
4       -0.241
5       -0.241

Ref:

(Mahoney) Mahoney, Jorgensen, J Chem Phys 112, 8910 (2000)

(Rick) Rick, J Chem Phys 120, 6085 (2004)