doc/src/fix_grem.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 grem command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 fix ID group-ID grem lambda eta H0 thermostat-ID :pre
  14
  15 ID, group-ID are documented in "fix"_fix.html command :ulb,l
  16 grem = style name of this fix command :l
  17 lambda = intercept parameter of linear effective temperature function :l
  18 eta = slope parameter of linear effective temperature function :l
  19 H0 = shift parameter of linear effective temperature function :l
  20 thermostat-ID = ID of Nose-Hoover thermostat or barostat used in simulation :l,ule
  21
  22 [Examples:]
  23
  24 fix             fxgREM all grem 400 -0.01 -30000 fxnpt
  25 thermo_modify   press fxgREM_press :pre
  26
  27 fix             fxgREM all grem 502 -0.15 -80000 fxnvt :pre
  28
  29 [Description:]
  30
  31 This fix implements the molecular dynamics version of the generalized
  32 replica exchange method (gREM) originally developed by "(Kim)"_#Kim2010,
  33 which uses non-Boltzmann ensembles to sample over first order phase
  34 transitions. The is done by defining replicas with an enthalpy
  35 dependent effective temperature
  36
  37 :c,image(Eqs/fix_grem.jpg)
  38
  39 with {eta} negative and steep enough to only intersect the
  40 characteristic microcanonical temperature (Ts) of the system once,
  41 ensuring a unimodal enthalpy distribution in that replica. {Lambda} is
  42 the intercept and effects the generalized ensemble similar to how
  43 temperature effects a Boltzmann ensemble. {H0} is a reference
  44 enthalpy, and is typically set as the lowest desired sampled enthalpy.
  45 Further explanation can be found in our recent papers
  46 "(Malolepsza)"_#Malolepsza.
  47
  48 This fix requires a Nose-Hoover thermostat fix reference passed to the
  49 grem as {thermostat-ID}. Two distinct temperatures exist in this
  50 generalized ensemble, the effective temperature defined above, and a
  51 kinetic temperature that controls the velocity distribution of
  52 particles as usual. Either constant volume or constant pressure
  53 algorithms can be used.
  54
  55 The fix enforces a generalized ensemble in a single replica
  56 only. Typically, this ideaology is combined with replica exchange with
  57 replicas differing by {lambda} only for simplicity, but this is not
  58 required. A multi-replica simulation can be run within the LAMMPS
  59 environment using the "temper/grem"_temper_grem.html command. This
  60 utilizes LAMMPS partition mode and requires the number of available
  61 processors be on the order of the number of desired replicas. A
  62 100-replica simulation would require at least 100 processors (1 per
  63 world at minimum). If a many replicas are needed on a small number of
  64 processors, multi-replica runs can be run outside of LAMMPS.  An
  65 example of this can be found in examples/USER/misc/grem and has no
  66 limit on the number of replicas per processor. However, this is very
  67 inefficient and error prone and should be avoided if possible.
  68
  69 In general, defining the generalized ensembles is unique for every
  70 system. When starting a many-replica simulation without any knowledge
  71 of the underlying microcanonical temperature, there are several tricks
  72 we have utilized to optimize the process.  Choosing a less-steep {eta}
  73 yields broader distributions, requiring fewer replicas to map the
  74 microcanonical temperature.  While this likely struggles from the same
  75 sampling problems gREM was built to avoid, it provides quick insight
  76 to Ts.  Initially using an evenly-spaced {lambda} distribution
  77 identifies regions where small changes in enthalpy lead to large
  78 temperature changes. Replicas are easily added where needed.
  79
  80 :line
  81
  82 [Restart, fix_modify, output, run start/stop, minimize info:]
  83
  84 No information about this fix is written to "binary restart
  85 files"_restart.html.
  86
  87 The "thermo_modify"_thermo_modify.html {press} option is supported
  88 by this fix to add the rescaled kinetic pressure as part of
  89 "thermodynamic output"_thermo_style.html.
  90
  91 [Restrictions:]
  92
  93 This fix is part of the USER-MISC package. It is only enabled if
  94 LAMMPS was built with that package. See the "Making
  95 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
  96
  97 [Related commands:]
  98
  99 "temper/grem"_temper_grem.html, "fix nvt"_fix_nh.html, "fix
 100 npt"_fix_nh.html, "thermo_modify"_thermo_modify.html
 101
 102 [Default:] none
 103
 104 :line
 105
 106 :link(Kim2010)
 107 [(Kim)] Kim, Keyes, Straub, J Chem. Phys, 132, 224107 (2010).
 108
 109 :link(Malolepsza)
 110 [(Malolepsza)] Malolepsza, Secor, Keyes, J Phys Chem B 119 (42),
 111 13379-13384 (2015).