doc/src/fix_gle.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 fix gle command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 fix ID id-group gle Ns Tstart Tstop seed Amatrix \[noneq Cmatrix\] \[every stride\] :pre
  14
  15 ID, group-ID are documented in "fix"_fix.html command :ulb,l
  16 gle = style name of this fix command :l
  17 Ns = number of additional fictitious momenta :l
  18 Tstart, Tstop = temperature ramp during the run :l
  19 Amatrix = file to read the drift matrix A from :l
  20 seed = random number seed to use for generating noise (positive integer) :l
  21 zero or more keyword/value pairs may be appended :l
  22   keyword = {noneq} or {every}
  23     {noneq} Cmatrix  = file to read the non-equilibrium covariance matrix from
  24     {every} stride   = apply the GLE once every time steps. Reduces the accuracy
  25         of the integration of the GLE, but has *no effect* on the accuracy of equilibrium
  26         sampling. It might change sampling properties when used together with {noneq}. :pre
  27 :ule
  28
  29 [Examples:]
  30
  31 fix 3 boundary gle 6 300 300 31415 smart.A
  32 fix 1 all gle 6 300 300 31415 qt-300k.A noneq qt-300k.C :pre
  33
  34 [Description:]
  35
  36 Apply a Generalized Langevin Equation (GLE) thermostat as described
  37 in "(Ceriotti)"_#Ceriotti. The formalism allows one to obtain a number
  38 of different effects ranging from efficient sampling of all
  39 vibrational modes in the system to inexpensive (approximate)
  40 modelling of nuclear quantum effects. Contrary to
  41 "fix langevin"_fix_langevin.html, this fix performs both
  42 thermostatting and evolution of the Hamiltonian equations of motion, so it
  43 should not be used together with "fix nve"_fix_nve.html -- at least not
  44 on the same atom groups.
  45
  46 Each degree of freedom in the thermostatted group is supplemented
  47 with Ns additional degrees of freedom s, and the equations of motion
  48 become
  49
  50 dq/dt=p/m
  51 d(p,s)/dt=(F,0) - A(p,s) + B dW/dt :pre
  52
  53 where F is the physical force, A is the drift matrix (that generalizes
  54 the friction in Langevin dynamics), B is the diffusion term and dW/dt
  55 un-correlated Gaussian random forces. The A matrix couples the physical
  56 (q,p) dynamics with that of the additional degrees of freedom,
  57 and makes it possible to obtain effectively a history-dependent
  58 noise and friction kernel.
  59
  60 The drift matrix should be given as an external file {Afile},
  61 as a (Ns+1 x Ns+1) matrix in inverse time units. Matrices that are
  62 optimal for a given application and the system of choice can be
  63 obtained from "(GLE4MD)"_#GLE4MD.
  64
  65 Equilibrium sampling a temperature T is obtained by specifiying the
  66 target value as the {Tstart} and {Tstop} arguments, so that the diffusion
  67 matrix that gives canonical sampling for a given A is computed automatically.
  68 However, the GLE framework also allow for non-equilibrium sampling, that
  69 can be used for instance to model inexpensively zero-point energy
  70 effects "(Ceriotti2)"_#Ceriotti2. This is achieved specifying the
  71 {noneq} keyword followed by the name of the file that contains the
  72 static covariance matrix for the non-equilibrium dynamics.
  73
  74 Since integrating GLE dynamics can be costly when used together with
  75 simple potentials, one can use the {every} optional keyword to
  76 apply the Langevin terms only once every several MD steps, in a
  77 multiple time-step fashion. This should be used with care when doing
  78 non-equilibrium sampling, but should have no effect on equilibrium
  79 averages when using canonical sampling.
  80
  81 The random number {seed} must be a positive integer.  A Marsaglia random
  82 number generator is used.  Each processor uses the input seed to
  83 generate its own unique seed and its own stream of random numbers.
  84 Thus the dynamics of the system will not be identical on two runs on
  85 different numbers of processors.
  86
  87 Note also that the Generalized Langevin Dynamics scheme that is
  88 implemented by the "fix gld"_fix_gld.html scheme is closely related
  89 to the present one. In fact, it should be always possible to cast the
  90 Prony series form of the memory kernel used by GLD into an appropriate
  91 input matrix for "fix gle"_fix_gle.html. While the GLE scheme is more
  92 general, the form used by "fix gld"_fix_gld.html can be more directly
  93 related to the representation of an implicit solvent environment.
  94
  95 [Restart, fix_modify, output, run start/stop, minimize info:]
  96
  97 The instantaneous values of the extended variables are written to
  98 "binary restart files"_restart.html.  Because the state of the random
  99 number generator is not saved in restart files, this means you cannot
 100 do "exact" restarts with this fix, where the simulation continues on
 101 the same as if no restart had taken place. However, in a statistical
 102 sense, a restarted simulation should produce the same behavior.
 103 Note however that you should use a different seed each time you
 104 restart, otherwise the same sequence of random numbers will be used
 105 each time, which might lead to stochastic synchronization and
 106 subtle artefacts in the sampling.
 107
 108 This fix can ramp its target temperature over multiple runs, using the
 109 {start} and {stop} keywords of the "run"_run.html command.  See the
 110 "run"_run.html command for details of how to do this.
 111
 112 The "fix_modify"_fix_modify.html {energy} option is supported by this
 113 fix to add the energy change induced by Langevin thermostatting to the
 114 system's potential energy as part of "thermodynamic
 115 output"_thermo_style.html.
 116
 117 This fix computes a global scalar which can be accessed by various
 118 "output commands"_Section_howto.html#howto_15.  The scalar is the
 119 cummulative energy change due to this fix.  The scalar value
 120 calculated by this fix is "extensive".
 121
 122 [Restrictions:]
 123
 124 The GLE thermostat in its current implementation should not be used
 125 with rigid bodies, SHAKE or RATTLE. It is expected that all the
 126 thermostatted degrees of freedom are fully flexible, and the sampled
 127 ensemble will not be correct otherwise.
 128
 129 In order to perform constant-pressure simulations please use
 130 "fix press/berendsen"_fix_press_berendsen.html, rather than
 131 "fix npt"_fix_nh.html, to avoid duplicate integration of the
 132 equations of motion.
 133
 134 This fix is part of the USER-MISC package.  It is only enabled if LAMMPS
 135 was built with that package.  See the "Making
 136 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 137
 138 [Related commands:]
 139
 140 "fix nvt"_fix_nh.html, "fix temp/rescale"_fix_temp_rescale.html, "fix
 141 viscous"_fix_viscous.html, "fix nvt"_fix_nh.html, "pair_style
 142 dpd/tstat"_pair_dpd.html, "fix gld"_fix_gld.html
 143
 144 :line
 145
 146 :link(Ceriotti)
 147 [(Ceriotti)] Ceriotti, Bussi and Parrinello, J Chem Theory Comput 6,
 148 1170-80 (2010)
 149
 150 :link(GLE4MD)
 151 [(GLE4MD)] "http://epfl-cosmo.github.io/gle4md/"_http://epfl-cosmo.github.io/gle4md/
 152
 153 :link(Ceriotti2)
 154 [(Ceriotti2)] Ceriotti, Bussi and Parrinello, Phys Rev Lett 103,
 155 030603 (2009)