doc/src/compute_ti.txt

   1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   2
   3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
   4 :link(ld,Manual.html)
   5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
   6
   7 :line
   8
   9 compute ti command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 compute ID group ti keyword args ... :pre
  14
  15 ID, group-ID are documented in "compute"_compute.html command :ulb,l
  16 ti = style name of this compute command :l
  17 one or more attribute/arg pairs may be appended :l
  18 keyword = pair style (lj/cut, gauss, born, etc) or {tail} or {kspace} :l
  19   pair style args = atype v_name1 v_name2
  20     atype = atom type (see asterisk form below)
  21     v_name1 = variable with name1 that is energy scale factor and function of lambda
  22     v_name2 = variable with name2 that is derivative of v_name1 with respect to lambda
  23   {tail} args = atype v_name1 v_name2
  24     atype = atom type (see asterisk form below)
  25     v_name1 = variable with name1 that is energy tail correction scale factor and function of lambda
  26     v_name2 = variable with name2 that is derivative of v_name1 with respect to lambda
  27   {kspace} args = atype v_name1 v_name2
  28     atype = atom type (see asterisk form below)
  29     v_name1 = variable with name1 that is K-Space scale factor and function of lambda
  30     v_name2 = variable with name2 that is derivative of v_name1 with respect to lambda :pre
  31 :ule
  32
  33 [Examples:]
  34
  35 compute 1 all ti lj/cut 1 v_lj v_dlj coul/long 2 v_c v_dc kspace 1 v_ks v_dks
  36 compute 1 all ti lj/cut 1*3 v_lj v_dlj coul/long * v_c v_dc kspace * v_ks v_dks :pre
  37
  38 [Description:]
  39
  40 Define a computation that calculates the derivative of the interaction
  41 potential with respect to {lambda}, the coupling parameter used in a
  42 thermodynamic integration.  This derivative can be used to infer a
  43 free energy difference resulting from an alchemical simulation, as
  44 described in "Eike"_#Eike.
  45
  46 Typically this compute will be used in conjunction with the "fix
  47 adapt"_fix_adapt.html command which can perform alchemical
  48 transformations by adusting the strength of an interaction potential
  49 as a simulation runs, as defined by one or more
  50 "pair_style"_pair_style.html or "kspace_style"_kspace_style.html
  51 commands.  This scaling is done via a prefactor on the energy, forces,
  52 virial calculated by the pair or K-Space style.  The prefactor is
  53 often a function of a {lambda} parameter which may be adjusted from 0
  54 to 1 (or vice versa) over the course of a "run"_run.html.  The
  55 time-dependent adjustment is what the "fix adapt"_fix_adapt.html
  56 command does.
  57
  58 Assume that the unscaled energy of a pair_style or kspace_style is
  59 given by U.  Then the scaled energy is
  60
  61 Us = f(lambda) U :pre
  62
  63 where f() is some function of lambda.  What this compute calculates is
  64
  65 dUs / d(lambda) = U df(lambda)/dlambda = Us / f(lambda) df(lambda)/dlambda :pre
  66
  67 which is the derivative of the system's scaled potential energy Us
  68 with respect to {lambda}.
  69
  70 To perform this calculation, you provide one or more atom types as
  71 {atype}.  {Atype} can be specified in one of two ways.  An explicit
  72 numeric values can be used, as in the 1st example above.  Or a
  73 wildcard asterisk can be used in place of or in conjunction with the
  74 {atype} argument to select multiple atom types.  This takes the form
  75 "*" or "*n" or "n*" or "m*n".  If N = the number of atom types, then
  76 an asterisk with no numeric values means all types from 1 to N.  A
  77 leading asterisk means all types from 1 to n (inclusive).  A trailing
  78 asterisk means all types from n to N (inclusive).  A middle asterisk
  79 means all types from m to n (inclusive).
  80
  81 You also specify two functions, as "equal-style
  82 variables"_variable.html.  The first is specified as {v_name1}, where
  83 {name1} is the name of the variable, and is f(lambda) in the notation
  84 above.  The second is specified as {v_name2}, where {name2} is the
  85 name of the variable, and is df(lambda) / dlambda in the notation
  86 above.  I.e. it is the analytic derivative of f() with respect to
  87 lambda.  Note that the {name1} variable is also typically given as an
  88 argument to the "fix adapt"_fix_adapt.html command.
  89
  90 An alchemical simulation may use several pair potentials together,
  91 invoked via the "pair_style hybrid or hybrid/overlay"_pair_hybrid.html
  92 command.  The total dUs/dlambda for the overall system is calculated
  93 as the sum of each contributing term as listed by the keywords in the
  94 compute ti command.  Individual pair potentials can be listed, which
  95 will be sub-styles in the hybrid case.  You can also include a K-space
  96 term via the {kspace} keyword.  You can also include a pairwise
  97 long-range tail correction to the energy via the {tail} keyword.
  98
  99 For each term you can specify a different (or the same) scale factor
 100 by the two variables that you list.  Again, these will typically
 101 correspond toe the scale factors applied to these various potentials
 102 and the K-Space contribution via the "fix adapt"_fix_adapt.html
 103 command.
 104
 105 More details about the exact functional forms for the computation of
 106 du/dl can be found in the paper by "Eike"_#Eike.
 107
 108 :line
 109
 110 [Output info:]
 111
 112 This compute calculates a global scalar, namely dUs/dlambda.  This
 113 value can be used by any command that uses a global scalar value from
 114 a compute as input.  See "Section
 115 6.15"_Section_howto.html#howto_15 for an overview of LAMMPS output
 116 options.
 117
 118 The scalar value calculated by this compute is "extensive".
 119
 120 The scalar value will be in energy "units"_units.html.
 121
 122 [Restrictions:]
 123
 124 This compute is part of the MISC package.  It is only enabled if
 125 LAMMPS was built with that package.  See the "Making
 126 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 127
 128 [Related commands:]
 129
 130 "fix adapt"_fix_adapt.html
 131
 132 [Default:] none
 133
 134 :line
 135
 136 :link(Eike)
 137 [(Eike)] Eike and Maginn, Journal of Chemical Physics, 124, 164503 (2006).