git-svn-id: svn://svn.icms.temple.edu/lammps-ro/trunk@16053 f3b2605a-c512-4ea7-a41b...
[lammps.git] / doc / src / pair_dipole.txt
blobbcf482cda56efc2092b58da2e5f6ef4d6675d51c
1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
4 :link(ld,Manual.html)
5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
7 :line
9 pair_style lj/cut/dipole/cut command :h3
10 pair_style lj/cut/dipole/cut/gpu command :h3
11 pair_style lj/cut/dipole/cut/omp command :h3
12 pair_style lj/sf/dipole/sf command :h3
13 pair_style lj/sf/dipole/sf/gpu command :h3
14 pair_style lj/sf/dipole/sf/omp command :h3
15 pair_style lj/cut/dipole/long command :h3
16 pair_style lj/long/dipole/long command :h3
18 [Syntax:]
20 pair_style lj/cut/dipole/cut cutoff (cutoff2)
21 pair_style lj/sf/dipole/sf cutoff (cutoff2)
22 pair_style lj/cut/dipole/long cutoff (cutoff2)
23 pair_style lj/long/dipole/long flag_lj flag_coul cutoff (cutoff2) :pre
25 cutoff = global cutoff LJ (and Coulombic if only 1 arg) (distance units) :ulb,l
26 cutoff2 = global cutoff for Coulombic and dipole (optional) (distance units) :l
27 flag_lj = {long} or {cut} or {off} :l
28   {long} = use long-range damping on dispersion 1/r^6 term
29   {cut} = use a cutoff on dispersion 1/r^6 term
30   {off} = omit disperion 1/r^6 term entirely :pre
31 flag_coul = {long} or {off} :l
32   {long} = use long-range damping on Coulombic 1/r and point-dipole terms
33   {off} = omit Coulombic and point-dipole terms entirely :pre
34 :ule
36 [Examples:]
38 pair_style lj/cut/dipole/cut 10.0
39 pair_coeff * * 1.0 1.0
40 pair_coeff 2 3 1.0 1.0 2.5 4.0 :pre
42 pair_style lj/sf/dipole/sf 9.0
43 pair_coeff * * 1.0 1.0
44 pair_coeff 2 3 1.0 1.0 2.5 4.0 scale 0.5
45 pair_coeff 2 3 1.0 1.0 2.5 4.0 :pre
47 pair_style lj/cut/dipole/long 10.0
48 pair_coeff * * 1.0 1.0
49 pair_coeff 2 3 1.0 1.0 2.5 4.0 :pre
51 pair_style lj/long/dipole/long long long 3.5 10.0
52 pair_coeff * * 1.0 1.0
53 pair_coeff 2 3 1.0 1.0 2.5 4.0 :pre
55 [Description:]
57 Style {lj/cut/dipole/cut} computes interactions between pairs of particles
58 that each have a charge and/or a point dipole moment.  In addition to
59 the usual Lennard-Jones interaction between the particles (Elj) the
60 charge-charge (Eqq), charge-dipole (Eqp), and dipole-dipole (Epp)
61 interactions are computed by these formulas for the energy (E), force
62 (F), and torque (T) between particles I and J.
64 :c,image(Eqs/pair_dipole.jpg)
66 where qi and qj are the charges on the two particles, pi and pj are
67 the dipole moment vectors of the two particles, r is their separation
68 distance, and the vector r = Ri - Rj is the separation vector between
69 the two particles.  Note that Eqq and Fqq are simply Coulombic energy
70 and force, Fij = -Fji as symmetric forces, and Tij != -Tji since the
71 torques do not act symmetrically.  These formulas are discussed in
72 "(Allen)"_#Allen and in "(Toukmaji)"_#Toukmaji.
74 Style {lj/sf/dipole/sf} computes "shifted-force" interactions between
75 pairs of particles that each have a charge and/or a point dipole
76 moment. In general, a shifted-force potential is a (sligthly) modified
77 potential containing extra terms that make both the energy and its
78 derivative go to zero at the cutoff distance; this removes
79 (cutoff-related) problems in energy conservation and any numerical
80 instability in the equations of motion "(Allen)"_#Allen. Shifted-force
81 interactions for the Lennard-Jones (E_LJ), charge-charge (Eqq),
82 charge-dipole (Eqp), dipole-charge (Epq) and dipole-dipole (Epp)
83 potentials are computed by these formulas for the energy (E), force
84 (F), and torque (T) between particles I and J:
86 :c,image(Eqs/pair_dipole_sf.jpg)
87 :c,image(Eqs/pair_dipole_sf2.jpg)
89 where epsilon and sigma are the standard LJ parameters, r_c is the
90 cutoff, qi and qj are the charges on the two particles, pi and pj are
91 the dipole moment vectors of the two particles, r is their separation
92 distance, and the vector r = Ri - Rj is the separation vector between
93 the two particles.  Note that Eqq and Fqq are simply Coulombic energy
94 and force, Fij = -Fji as symmetric forces, and Tij != -Tji since the
95 torques do not act symmetrically.  The shifted-force formula for the
96 Lennard-Jones potential is reported in "(Stoddard)"_#Stoddard.  The
97 original (unshifted) formulas for the electrostatic potentials, forces
98 and torques can be found in "(Price)"_#Price.  The shifted-force
99 electrostatic potentials have been obtained by applying equation 5.13
100 of "(Allen)"_#Allen. The formulas for the corresponding forces and
101 torques have been obtained by applying the 'chain rule' as in appendix
102 C.3 of "(Allen)"_#Allen.
104 If one cutoff is specified in the pair_style command, it is used for
105 both the LJ and Coulombic (q,p) terms.  If two cutoffs are specified,
106 they are used as cutoffs for the LJ and Coulombic (q,p) terms
107 respectively. This pair style also supports an optional {scale} keyword
108 as part of a pair_coeff statement, where the interactions can be
109 scaled according to this factor. This scale factor is also made available
110 for use with fix adapt.
112 Style {lj/cut/dipole/long} computes long-range point-dipole
113 interactions as discussed in "(Toukmaji)"_#Toukmaji. Dipole-dipole,
114 dipole-charge, and charge-charge interactions are all supported, along
115 with the standard 12/6 Lennard-Jones interactions, which are computed
116 with a cutoff.  A "kspace_style"_kspace_style.html must be defined to
117 use this pair style.  Currently, only "kspace_style
118 ewald/disp"_kspace_style.html support long-range point-dipole
119 interactions.
121 Style {lj/long/dipole/long} also computes point-dipole interactions as
122 discussed in "(Toukmaji)"_#Toukmaji. Long-range dipole-dipole,
123 dipole-charge, and charge-charge interactions are all supported, along
124 with the standard 12/6 Lennard-Jones interactions.  LJ interactions
125 can be cutoff or long-ranged.
127 For style {lj/long/dipole/long}, if {flag_lj} is set to {long}, no
128 cutoff is used on the LJ 1/r^6 dispersion term.  The long-range
129 portion is calculated by using the "kspace_style
130 ewald_disp"_kspace_style.html command.  The specified LJ cutoff then
131 determines which portion of the LJ interactions are computed directly
132 by the pair potential versus which part is computed in reciprocal
133 space via the Kspace style.  If {flag_lj} is set to {cut}, the LJ
134 interactions are simply cutoff, as with "pair_style
135 lj/cut"_pair_lj.html.  If {flag_lj} is set to {off}, LJ interactions
136 are not computed at all.
138 If {flag_coul} is set to {long}, no cutoff is used on the Coulombic or
139 dipole interactions.  The long-range portion is calculated by using
140 {ewald_disp} of the "kspace_style"_kspace_style.html command. If
141 {flag_coul} is set to {off}, Coulombic and dipole interactions are not
142 computed at all.
144 Atoms with dipole moments should be integrated using the "fix
145 nve/sphere update dipole"_fix_nve_sphere.html or the "fix
146 nvt/sphere update dipole"_fix_nvt_sphere.html command to rotate the
147 dipole moments.  The {omega} option on the "fix
148 langevin"_fix_langevin.html command can be used to thermostat the
149 rotational motion.  The "compute temp/sphere"_compute_temp_sphere.html
150 command can be used to monitor the temperature, since it includes
151 rotational degrees of freedom.  The "atom_style
152 hybrid dipole sphere"_atom_style.html command should be used since
153 it defines the point dipoles and their rotational state.
154 The magnitude and orientation of the dipole moment for each particle
155 can be defined by the "set"_set.html command or in the "Atoms" section
156 of the data file read in by the "read_data"_read_data.html command.
158 The following coefficients must be defined for each pair of atoms
159 types via the "pair_coeff"_pair_coeff.html command as in the examples
160 above, or in the data file or restart files read by the
161 "read_data"_read_data.html or "read_restart"_read_restart.html
162 commands, or by mixing as described below:
164 epsilon (energy units)
165 sigma (distance units)
166 cutoff1 (distance units)
167 cutoff2 (distance units) :ul
169 The latter 2 coefficients are optional.  If not specified, the global
170 LJ and Coulombic cutoffs specified in the pair_style command are used.
171 If only one cutoff is specified, it is used as the cutoff for both LJ
172 and Coulombic interactions for this type pair.  If both coefficients
173 are specified, they are used as the LJ and Coulombic cutoffs for this
174 type pair.
176 :line
178 Styles with a {gpu}, {intel}, {kk}, {omp}, or {opt} suffix are
179 functionally the same as the corresponding style without the suffix.
180 They have been optimized to run faster, depending on your available
181 hardware, as discussed in "Section 5"_Section_accelerate.html
182 of the manual.  The accelerated styles take the same arguments and
183 should produce the same results, except for round-off and precision
184 issues.
186 These accelerated styles are part of the GPU, USER-INTEL, KOKKOS,
187 USER-OMP and OPT packages, respectively.  They are only enabled if
188 LAMMPS was built with those packages.  See the "Making
189 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
191 You can specify the accelerated styles explicitly in your input script
192 by including their suffix, or you can use the "-suffix command-line
193 switch"_Section_start.html#start_7 when you invoke LAMMPS, or you can
194 use the "suffix"_suffix.html command in your input script.
196 See "Section 5"_Section_accelerate.html of the manual for
197 more instructions on how to use the accelerated styles effectively.
199 :line
201 [Mixing, shift, table, tail correction, restart, rRESPA info]:
203 For atom type pairs I,J and I != J, the epsilon and sigma coefficients
204 and cutoff distances for this pair style can be mixed.  The default
205 mix value is {geometric}.  See the "pair_modify" command for details.
207 For atom type pairs I,J and I != J, the A, sigma, d1, and d2
208 coefficients and cutoff distance for this pair style can be mixed.  A
209 is an energy value mixed like a LJ epsilon.  D1 and d2 are distance
210 values and are mixed like sigma.  The default mix value is
211 {geometric}.  See the "pair_modify" command for details.
213 This pair style does not support the "pair_modify"_pair_modify.html
214 shift option for the energy of the Lennard-Jones portion of the pair
215 interaction; such energy goes to zero at the cutoff by construction.
217 The "pair_modify"_pair_modify.html table option is not relevant
218 for this pair style.
220 This pair style does not support the "pair_modify"_pair_modify.html
221 tail option for adding long-range tail corrections to energy and
222 pressure.
224 This pair style writes its information to "binary restart
225 files"_restart.html, so pair_style and pair_coeff commands do not need
226 to be specified in an input script that reads a restart file.
228 This pair style can only be used via the {pair} keyword of the
229 "run_style respa"_run_style.html command.  It does not support the
230 {inner}, {middle}, {outer} keywords.
232 [Restrictions:]
234 The {lj/cut/dipole/cut}, {lj/cut/dipole/long}, and
235 {lj/long/dipole/long} styles are part of the DIPOLE package.  They are
236 only enabled if LAMMPS was built with that package.  See the "Making
237 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
239 The {lj/sf/dipole/sf} style is part of the USER-MISC package.  It is
240 only enabled if LAMMPS was built with that package.  See the "Making
241 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
243 Using dipole pair styles with {electron} "units"_units.html is not
244 currently supported.
246 [Related commands:]
248 "pair_coeff"_pair_coeff.html, "set"_set.html, "read_data"_read_data.html,
249 "fix nve/sphere"_fix_nve_sphere.html, "fix nvt/sphere"_fix_nvt_sphere.html
251 [Default:] none
253 :line
255 :link(Allen)
256 [(Allen)] Allen and Tildesley, Computer Simulation of Liquids,
257 Clarendon Press, Oxford, 1987.
259 :link(Toukmaji)
260 [(Toukmaji)] Toukmaji, Sagui, Board, and Darden, J Chem Phys, 113,
261 10913 (2000).
263 :link(Stoddard)
264 [(Stoddard)] Stoddard and Ford, Phys Rev A, 8, 1504 (1973).
266 :link(Price)
267 [(Price)] Price, Stone and Alderton, Mol Phys, 52, 987 (1984).