doc/src/pair_thole.txt

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   3 </script>
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   5   MathJax.Hub.Config({ TeX: { equationNumbers: {autoNumber: "AMS"} } });
   6 </script>
   7
   8 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   9
  10 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
  11 :link(ld,Manual.html)
  12 :link(lc,Section_commands.html#comm)
  13
  14 :line
  15
  16 pair_style thole command :h3
  17 pair_style lj/cut/thole/long command :h3
  18 pair_style lj/cut/thole/long/omp command :h3
  19
  20 [Syntax:]
  21
  22 pair_style style args :pre
  23
  24 style = {thole} or {lj/cut/thole/long} or {lj/cut/thole/long/omp}
  25 args = list of arguments for a particular style :ul
  26   {thole} args = damp cutoff
  27     damp = global damping parameter
  28     cutoff = global cutoff (distance units)
  29   {lj/cut/thole/long} or {lj/cut/thole/long/omp} args = damp cutoff (cutoff2)
  30     damp = global damping parameter
  31     cutoff = global cutoff for LJ (and Thole if only 1 arg) (distance units)
  32     cutoff2 = global cutoff for Thole (optional) (distance units) :pre
  33
  34 [Examples:]
  35
  36 pair_style hybrid/overlay ... thole 2.6 12.0
  37 pair_coeff 1 1 thole 1.0
  38 pair_coeff 1 2 thole 1.0 2.6 10.0
  39 pair_coeff * 2 thole 1.0 2.6 :pre
  40
  41 pair_style lj/cut/thole/long 2.6 12.0 :pre
  42
  43 [Description:]
  44
  45 The {thole} pair styles are meant to be used with force fields that
  46 include explicit polarization through Drude dipoles.  This link
  47 describes how to use the "thermalized Drude oscillator
  48 model"_tutorial_drude.html in LAMMPS and polarizable models in LAMMPS
  49 are discussed in "this Section"_Section_howto.html#howto_25.
  50
  51 The {thole} pair style should be used as a sub-style within in the
  52 "pair_hybrid/overlay"_pair_hybrid.html command, in conjunction with a
  53 main pair style including Coulomb interactions, i.e. any pair style
  54 containing {coul/cut} or {coul/long} in its style name.
  55
  56 The {lj/cut/thole/long} pair style is equivalent to, but more convenient that
  57 the frequent combination {hybrid/overlay lj/cut/coul/long cutoff thole damp
  58 cutoff2}. It is not only a shorthand for this pair_style combination, but
  59 it also allows for mixing pair coefficients instead of listing them all.
  60 The {lj/cut/thole/long} pair style is also a bit faster because it avoids an
  61 overlay and can benefit from OMP acceleration. Moreover, it uses a more
  62 precise approximation of the direct Coulomb interaction at short range similar
  63 to "coul/long/cs"_pair_cs.html, which stabilizes the temperature of
  64 Drude particles.
  65
  66 The {thole} pair styles compute the Coulomb interaction damped at
  67 short distances by a function
  68
  69 \begin\{equation\} T_\{ij\}(r_\{ij\}) = 1 - \left( 1 +
  70 \frac\{s_\{ij\} r_\{ij\} \}\{2\} \right)
  71 \exp \left( - s_\{ij\} r_\{ij\} \right) \end\{equation\}
  72
  73 This function results from an adaptation to point charges
  74 "(Noskov)"_#Noskov of the dipole screening scheme originally proposed
  75 by "Thole"_#Thole. The scaling coefficient \(s_\{ij\} \) is determined
  76 by the polarizability of the atoms, \( \alpha_i \), and by a Thole
  77 damping parameter \( a \).  This Thole damping parameter usually takes
  78 a value of 2.6, but in certain force fields the value can depend upon
  79 the atom types. The mixing rule for Thole damping parameters is the
  80 arithmetic average, and for polarizabilities the geometric average
  81 between the atom-specific values.
  82
  83 \begin\{equation\} s_\{ij\} = \frac\{ a_\{ij\} \}\{
  84 (\alpha_\{ij\})^\{1/3\} \} = \frac\{ (a_i + a_j)/2 \}\{
  85 \[(\alpha_i\alpha_j)^\{1/2\}\]^\{1/3\} \} \end\{equation\}
  86
  87 The damping function is only applied to the interactions between the
  88 point charges representing the induced dipoles on polarizable sites,
  89 that is, charges on Drude particles, \( q_\{D,i\} \), and opposite
  90 charges, \( -q_\{D,i\} \), located on the respective core particles
  91 (to which each Drude particle is bonded). Therefore, Thole screening
  92 is not applied to the full charge of the core particle \( q_i \), but
  93 only to the \( -q_\{D,i\} \) part of it.
  94
  95 The interactions between core charges are subject to the weighting
  96 factors set by the "special_bonds"_special_bonds.html command. The
  97 interactions between Drude particles and core charges or
  98 non-polarizable atoms are also subject to these weighting factors. The
  99 Drude particles inherit the 1-2, 1-3 and 1-4 neighbor relations from
 100 their respective cores.
 101
 102 For pair_style {thole}, the following coefficients must be defined for
 103 each pair of atoms types via the "pair_coeff"_pair_coeff.html command
 104 as in the example above.
 105
 106 alpha (distance units^3)
 107 damp
 108 cutoff (distance units) :ul
 109
 110 The last two coefficients are optional.  If not specified the global
 111 Thole damping parameter or global cutoff specified in the pair_style
 112 command are used. In order to specify a cutoff (third argument) a damp
 113 parameter (second argument) must also be specified.
 114
 115 For pair style {lj/cut/thole/long}, the following coefficients must be
 116 defined for each pair of atoms types via the "pair_coeff"_pair_coeff.html
 117 command.
 118
 119 epsilon (energy units)
 120 sigma (length units)
 121 alpha (distance units^3)
 122 damps
 123 LJ cutoff (distance units) :ul
 124
 125 The last two coefficients are optional and default to the global values from
 126 the {pair_style} command line.
 127
 128 :line
 129
 130 Styles with a {gpu}, {intel}, {kk}, {omp}, or {opt} suffix are
 131 functionally the same as the corresponding style without the suffix.
 132 They have been optimized to run faster, depending on your available
 133 hardware, as discussed in "Section 5"_Section_accelerate.html
 134 of the manual.  The accelerated styles take the same arguments and
 135 should produce the same results, except for round-off and precision
 136 issues.
 137
 138 These accelerated styles are part of the GPU, USER-INTEL, KOKKOS,
 139 USER-OMP and OPT packages, respectively.  They are only enabled if
 140 LAMMPS was built with those packages.  See the "Making
 141 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 142
 143 You can specify the accelerated styles explicitly in your input script
 144 by including their suffix, or you can use the "-suffix command-line
 145 switch"_Section_start.html#start_7 when you invoke LAMMPS, or you can
 146 use the "suffix"_suffix.html command in your input script.
 147
 148 See "Section 5"_Section_accelerate.html of the manual for
 149 more instructions on how to use the accelerated styles effectively.
 150
 151 [Mixing]:
 152
 153 The {thole} pair style does not support mixing.  Thus, coefficients
 154 for all I,J pairs must be specified explicitly.
 155
 156 The {lj/cut/thole/long} pair style does support mixing. Mixed coefficients
 157 are defined using
 158
 159 \begin\{equation\} \alpha_\{ij\} = \sqrt\{\alpha_i\alpha_j\}\end\{equation\}
 160 \begin\{equation\} a_\{ij\} = \frac 1 2 (a_i + a_j)\end\{equation\}
 161
 162 [Restrictions:]
 163
 164 These pair styles are part of the USER-DRUDE package. They are only
 165 enabled if LAMMPS was built with that package. See the "Making
 166 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 167
 168 This pair_style should currently not be used with the "charmm dihedral
 169 style"_dihedral_charmm.html if the latter has non-zero 1-4 weighting
 170 factors. This is because the {thole} pair style does not know which
 171 pairs are 1-4 partners of which dihedrals.
 172
 173 The {lj/cut/thole/long} pair style should be used with a "Kspace solver"_kspace_style.html
 174 like PPPM or Ewald, which is only enabled if LAMMPS was built with the kspace
 175 package.
 176
 177 [Related commands:]
 178
 179 "fix drude"_fix_drude.html, "fix
 180 langevin/drude"_fix_langevin_drude.html, "fix
 181 drude/transform"_fix_drude_transform.html, "compute
 182 temp/drude"_compute_temp_drude.html
 183 "pair_style lj/cut/coul/long"_pair_lj.html
 184
 185 [Default:] none
 186
 187 :line
 188
 189 :link(Noskov)
 190 [(Noskov)] Noskov, Lamoureux and Roux, J Phys Chem B, 109, 6705 (2005).
 191
 192 :link(Thole)
 193 [(Thole)] Chem Phys, 59, 341 (1981).