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分子动力学书籍分子动力学是研究物质微观粒子运动规律和力学性质的科学方法。
它具有广泛的应用领域，包括材料科学、化学、生物学等。
对于想要深入了解和掌握分子动力学的读者来说，选择一本好的分子动力学书籍是非常重要的。
本文将介绍几本优秀的分子动力学书籍，帮助读者选择适合自己的学习工具。
一、《Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications》这本由Daan Frenkel和Berend Smit合著的书是一本经典之作，全面而详细地介绍了分子模拟的基本原理、算法和应用。
书中内容系统且条理清晰，对于从零开始学习分子动力学的读者非常友好。
作者以通俗易懂的语言介绍了分子动力学的基础理论和相关技术，并通过大量的实例和案例深入展示了分子动力学在各个领域的应用。
此外，书中还涵盖了更高级的方法和技巧，适合已经有一定基础并希望深入研究的读者。
二、《An Introduction to Computational Physics》这本由Tao Pang编写的书籍是一本面向物理学和工程学背景的读者的入门指南。
书中从分子动力学的基本原理开始，引导读者逐步学习和理解分子动力学的核心概念。
作者通过清晰的逻辑结构和丰富的例子，将复杂的数学和物理概念用简洁而易懂的语言解释，并通过编程实践帮助读者提升分子动力学的模拟和分析能力。
这本书的特点是理论与实践相结合，适合希望通过实际操作来深入了解并掌握分子动力学的读者。
三、《Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods》该书是一本由J. M. Haile撰写的经典教材，适合那些希望深入了解和学习分子动力学基础原理的读者。
作者通过系统而详细的阐述，全面介绍了分子动力学中的关键概念和基本方法，包括力场、积分算法和统计力学等方面。
书中的数学推导相对简洁明了，语言表达流畅，让读者更容易理解和掌握分子动力学的核心内容。
分子动力学模拟的应用与局限分子动力学模拟是通过计算机模拟分子之间的相互作用力，来研究物质的宏观性质的一种方法。
其应用涉及材料科学、生物化学、物理化学等多个学科领域，并且已成为科学研究中不可或缺的工具。
本文将探讨分子动力学模拟的应用范围、技术原理以及其存在的局限性。
一、应用范围1.材料科学分子动力学模拟被广泛应用于材料科学中。
在材料科学中，材料的力学性能、界面和形貌的稳定性等方面是非常重要的研究对象。
相比其他材料研究方法，分子动力学模拟具有高效、低成本的优势，并且可以模拟纳米材料、高分子材料等不同尺寸和形状的材料。
2.生物化学分子动力学模拟在生物化学中也被广泛应用。
生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类等，在结构和功能的研究中均需要分子动力学模拟的支持。
此外，基于分子动力学模拟的虚拟筛选技术也被用于药物发现。
3.物理化学分子动力学模拟在物理化学中也有着广泛的应用。
在固体物理学中，分子动力学模拟可以帮助我们研究晶格性质，预测材料的光学、电学和磁学性质等。
在化学反应中，分子动力学模拟也可以模拟化学反应机理。
二、技术原理分子动力学模拟的技术原理包括求解牛顿运动方程和计算粒子间相互作用力。
采用牛顿运动方程可以预测物质在水平面上的轨迹和速度，此外，还可以计算样品中不同粒子之间的相互作用。
由此可以在基于大量分子动力学模拟结果的统计结果中，获得材料的性质。
三、局限性尽管分子动力学模拟在许多科学领域中被广泛采用，其仍存在一定的局限性。
1.计算能力分子动力学模拟的计算速度及精度都受到计算机技术的限制。
计算速度低的计算机可能无法完成较复杂的模拟，从而导致分子动力学模拟的精确度或分析范围受到限制。
2.模拟水平分子动力学模拟通常在纳米尺度及以下进行，而且在真实材料中还受到其他条件的限制，如温度、压力、湿度等。
因此，分子动力学模拟获得的结果虽然具有一定的参考价值，但并不完全准确。
3.计算误差分子动力学模拟中存在内在的计算误差，这主要是由于计算参数和算法误差所导致的。
分子模拟在材料科学中的应用分子模拟是一种以计算机软件的形式对分子动力学和量子力学进行仿真的技术，在材料科学中具有广泛的应用。
分子模拟方法可以预测材料的性质和行为，帮助科学家设计和制造新型材料，开发出更高性能的材料和化学品，具有重要的理论和实践意义。
本文将对分子模拟在材料科学中的应用进行介绍和讨论。
1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种用于模拟分子在不同条件下在时间和空间内的运动的技术。
通过分子动力学模拟，可以获取材料的结构、物理性质和反应行为等方面的信息，有助于科学家深入了解材料内部结构、研究它们的性能、设计功能材料、改进生产工艺等方面。
例如，在材料科学中用于模拟分子材料的平衡和非平衡态，通过计算与实验结果进行比较，科学家可以了解材料在高温、高压和高辐射等条件下的性质和性能，从而对材料的使用和开发做出相应的调整。
2. 量子化学模拟量子化学模拟是一种计算分子的电子结构和化学反应的技术，在材料科学中广泛应用于预测材料的电学、磁学和光学性质等。
通过量子化学模拟，科学家可以预测材料的催化活性、选择性，设计新型光电器件、磁性材料和量子芯片等，具有重要的理论和实践价值。
例如，在材料科学中，通过使用量子化学模拟来研究材料的光学性质和反应行为，可以为纳米技术和生物技术的发展提供重要的理论和技术基础。
3. 电解质溶液模拟电解质溶液模拟是一种计算分子间相互作用的技术，在材料科学中被广泛应用于电池、电容器等电化学系统中。
通过电解质溶液模拟，科学家可以预测各种溶质和溶剂在不同条件下的性质和行为，从而设计出更高效、更安全、更环保的电化学系统。
例如，在材料科学中，通过使用电解质溶液模拟分析电池中电解质的输运性质和内部反应机制，可以为电池的制造提供重要的参考和优化方案。
4. 结晶行为模拟结晶行为模拟是一种计算材料结晶和生长过程的技术，在材料科学中被广泛应用于非晶态材料、晶体缺陷、晶体生长等领域中。
通过结晶行为模拟，科学家可以获取结晶过程中晶粒的形态、大小、取向、缺陷等信息，为设计和制备高质量的晶体材料提供理论和实践基础。
分子动力学模拟软件概述分子动力学模拟是一种重要的计算物理方法，用于研究原子和分子在宏观尺度下的运动行为。
为了实现这种模拟，研究者们开发了许多分子动力学模拟软件。
本文将介绍几种常用的分子动力学模拟软件，包括LAMMPS、GROMACS和NAMD。
LAMMPSLAMMPS，全称为Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，是一个开源的粒子模拟软件包。
它是一种经典的分子动力学模拟软件，可以模拟包括原子、分子和一些粒子模型在内的多种体系。
LAMMPS支持多种计算模式，包括分子动力学、蒙特卡洛模拟以及分子构象搜索等。
它具有高性能和可扩展性，可以在单机上运行，也可以部署在超级计算机集群上。
LAMMPS提供了丰富的功能和灵活的参数设置，支持从不同的输入文件读取模拟系统的初始信息。
它还内置了许多常用的力场和模拟算法，如势场计算、周期性边界条件等。
除此之外，LAMMPS还提供了丰富的输出选项和分析工具，可以对模拟结果进行后处理和可视化分析。
GROMACSGROMACS是一种用于生物分子动力学模拟的软件套件。
它具有高性能和可扩展性，特别适用于模拟大规模的生物系统，如蛋白质、核酸等。
GROMACS采用高效的并行计算算法，可以利用多核处理器和GPU进行加速计算。
GROMACS提供了丰富的模拟功能和工具，包括能量最小化、均衡化、动态模拟等。
它内置了多种力场和模拟算法，支持多种模拟选项，如周期性边界条件、隐式溶剂模型等。
此外，GROMACS还提供了灵活的参数设置和输出选项，方便用户进行模拟控制和结果分析。
NAMDNAMD是一种用于生物分子动力学模拟的软件。
与GROMACS类似，NAMD也专注于生物分子的模拟，特别适合模拟大规模的生物系统。
NAMD采用并行计算算法，可以利用多核处理器和GPU加速模拟。
NAMD具有高效的模拟引擎和丰富的模拟功能，支持多种力场和模拟算法。
1、分子动力学简介：分子动力学方法是一种计算机模拟的实验方法，是研究凝聚态系统的有力工具。
该技术不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中各种微观细节。
它是对理论计算和实验的有力补充。
广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。
经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。
分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。
在忽略核子的量子效应和绝热近似（Born-Oppenheimer）下，分子动力学的这一种假设是可行的。
所谓绝热近似也就是要求在分子动力学过程中的每一瞬间电子都处于原子结构的基态。
要进行分子动力学模拟就必须知道原子间的相互作用势。
在分子动力学模拟中，我们一般采用经验势来代替原子间的相互作用势，如Lennard-Jones势、Mores势、EAM原子嵌入势、F-S多体势。
然而采用经验势必然丢失了局域电子结构之间存在的强相互作用的信息，即不能得到原子动力学过程中的电子性质。
2、分子模拟的三步法和大致分类三步法：第一步：建模。
包括几何建模，物理建模，化学建模，力学建模。
初始条件的设定，这里要从微观和宏观两个方面进行考虑。
第二步：过程。
这里就是体现所谓分子动力学特点的地方。
包括对运动方程的积分的有效算法。
对实际的过程的模拟算法。
关键是分清楚平衡和非平衡，静态和动态以及准静态情况。
第三步：分析。
这里是做学问的关键。
你需要从以上的计算的结果中提取年需要的特征，说明你的问题的实质和结果。
因此关键是统计、平均、定义、计算。
比如温度、体积、压力、应力等宏观量和微观过程量是怎么联系的。
大致分类：2.1电子模拟（量化计算，DFT）量子化学计算一般处理几个到几十个原子常见软件：GAUSSIAN，NWCHEM等密度泛函（DFT）可以算到上百个原子常见软件：V ASP2.2分子模拟（分子动力学，蒙特卡洛）2.2.1分子级别的模拟以分子的运动为主要模拟对象。
新材料研发中的计算材料学方法介绍在新材料研发领域中，计算材料学方法的应用越来越广泛。
计算材料学利用计算机模拟和预测材料性质和行为的方法，可以加快新材料的研发过程，降低成本，提高效率。
本文将介绍几种常见的计算材料学方法，包括密度泛函理论、分子动力学模拟、晶体结构预测和高通量计算。
首先，密度泛函理论是计算材料学中应用最广泛的方法之一。
它基于量子力学的原理，通过求解电子的运动方程来预测材料的性质和行为。
密度泛函理论可以计算材料的能带结构、电子密度分布、电荷分布等重要性质。
通过密度泛函理论，研究人员可以预测新材料的电子结构、导电性能、光学特性等，帮助材料科学家设计并优化新材料。
其次，分子动力学模拟是一种模拟材料原子和分子运动的方法。
分子动力学模拟可以通过模拟原子和分子之间的相互作用来预测材料的力学性能、热学性质以及相变行为。
研究人员可以根据不同温度、不同应力条件下的材料表现进行模拟，进而了解材料的稳定性和响应。
分子动力学模拟可以帮助科学家研究材料的微观结构和动力学行为，为材料设计提供关键信息。
第三，晶体结构预测是一种基于计算材料学的方法，用于预测未知材料的结晶结构。
晶体结构预测可以通过计算材料的能量、对称性以及晶胞参数等来确定材料的晶体结构。
采用晶体结构预测方法可以帮助研究人员发现新的材料结构，挖掘潜在的功能性材料。
通过晶体结构预测，研究人员可以在实验之前对候选材料进行筛选和优化，提高材料研发的效率。
最后，高通量计算是一种利用计算机自动化进行大规模计算的方法。
高通量计算可以对大量材料进行快速计算，预测材料的性质和行为。
高通量计算可以通过高级算法和数据分析方法，自动化地进行模拟和预测，为研究人员提供大量的材料信息。
高通量计算能够快速筛选和优化材料，加速新材料的发现和研发过程，为材料科学的发展做出了重要贡献。
综上所述，计算材料学方法在新材料研发中具有重要的应用价值。
密度泛函理论可以预测材料的电子结构和性质，分子动力学模拟能够模拟材料的力学行为和热学性质，晶体结构预测方法有助于发现新的材料结构，高通量计算能够快速筛选和优化大量材料。
基于分子动力学模拟的锆辐照损伤及拉伸力学行为研究陈宏;王玉华;李盈盈【摘要】本文采用分子动力学方法模拟了不同初级离位原子(PKA)能量下单晶α锆的辐照损伤动态过程,以及辐照后的缺陷模型在沿[0001]单轴拉伸下的力学性能及微观结构演变.结果表明,随着PKA能量的增加,α锆晶体中辐照产生的Frenkel 缺陷对数目稳步增加;单轴拉伸模拟结果显示,辐照产生的Frenkel缺陷对会显著降低单晶α锆的屈服强度,且随着PKA能量的增大,辐照材料的屈服强度呈缓慢逐渐下降的趋势;结合拉伸形变过程的微观结构演化可知,辐射产生的缺陷为位错环提供了成核位置,在较低的应变下即产生了大量位错,导致辐照后α锆的屈服强度大幅降低.【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)004【总页数】7页(P265-271)【关键词】锆;辐照损伤;分子动力学模拟;级联碰撞;初级离位原子;Frenkel缺陷;拉伸力学性能【作者】陈宏;王玉华;李盈盈【作者单位】武汉科技大学理学院,湖北武汉,430065;武汉科技大学理学院,湖北武汉,430065;国家电投集团科学技术研究院有限公司,北京,102209【正文语种】中文【中图分类】TG115.9凭借优良的机械性能、抗腐蚀性能以及低的热中子吸收截面，锆合金被广泛应用于核材料包壳管的制造中[1]。
在服役环境下，锆合金由于受到中子辐照的影响，基体内部会产生高浓度的点缺陷(空位/原子对)，进而对材料的力学性能产生影响[2]。
通常来说，经辐照损伤后锆合金的屈服强度会有所增加，即出现辐照硬化现象[3]。
然而，Rafique等对辐照后的多晶纯锆进行力学拉伸实验后发现，材料的屈服强度和抗拉强度在辐照后均呈现下降的趋势[4]。
近年来，研究人员利用计算机模拟手段对锆中辐照损伤特别是辐照诱导点缺陷的形貌及分布，开展了大量的研究工作[5-6]。
在更大的时间尺度上，辐照诱导的点缺陷会发生扩散，与锆合金中已经存在的缺陷 (如晶界[7]，位错[8]、位错环[9])相互作用，生长并最终演化为复杂的缺陷(如空腔、位错环等)[10-12]，最终导致蠕变、膨胀、硬化、脆化等各类结构失效[13-14]。
【专业】计算物理【研究方向】分子动力学模拟【学术讲坛】1、分子动力学简介：分子动力学方法是一种计算机模拟实验方法，是研究凝聚态系统的有力工具。
该技术不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中各种微观细节。
它是对理论计算和实验的有力补充。
广泛应用于材料科学、生物物理和药物设计等。
经典MD模拟，其系统规模在一般的计算机上也可达到数万个原子，模拟时间为纳秒量级。
2006年进行了三千二百亿个原子的模拟（IBM lueGene/L）。
分子动力学总是假定原子的运动服从某种确定的描述，这种描叙可以牛顿方程、拉格朗日方程或哈密顿方程所确定的描述，也就是说原子的运动和确定的轨迹联系在一起。
在忽略核子的量子效应和Born-Oppenheimer绝热近似下，分子动力学的这一种假设是可行的。
所谓绝热近似也就是要求在分子动力学过程中的每一瞬间电子都处于原子结构的基态。
要进行分子动力学模拟就必须知道原子间的相互作用势。
在分子动力学模拟中，我们一般采用经验势来代替原子间的相互作用势，如Lennard-Jones势、Mores势、EAM原子嵌入势、F-S多体势。
然而采用经验势必然丢失了局域电子结构之间存在的强相关作用信息，即不能得到原子动力学过程中的电子性质。
详细介绍请见附件。
2、分子模拟的三步法和大致分类三步法：第一步：建模。
包括几何建模，物理建模，化学建模，力学建模。
初始条件的设定，这里要从微观和宏观两个方面进行考虑。
第二步：过程。
这里就是体现所谓分子动力学特点的地方。
包括对运动方程的积分的有效算法。
对实际的过程的模拟算法。
关键是分清楚平衡和非平衡，静态和动态以及准静态情况。
第三步：分析。
这里是做学问的关键。
你需要从以上的计算的结果中提取年需要的特征，说明你的问题的实质和结果。
因此关键是统计、平均、定义、计算。
比如温度、体积、压力、应力等宏观量和微观过程量是怎么联系的。
有了这三步，你就可以做一个好的分子动力学专家了。
分子动力学模拟在材料领域中的应用分子动力学模拟是一种基于物理学原理计算物质运动状态的方法。
它可以对分子水平上的动力学过程进行模拟，从而研究物质的微观结构、热力学性质、动态行为等多个方面。
分子动力学模拟在许多科学领域都有广泛的应用，尤其在材料领域中具有重要意义。
一、分子动力学模拟在材料领域中的基本原理材料由原子或分子组成，它们之间相互作用的强度与距离有关。
因此，可以用牛顿运动定律描述原子或分子的运动。
根据牛顿第二定律，当受力变化，物体的加速度也随之变化，进而改变物体的速度和位置。
基于这个原理，可以使用分子动力学模拟方法模拟材料的微观结构与动态过程。
分子动力学模拟通过牛顿力学计算原子或分子之间的相互作用，包括化学键力、范德华力、库伦力等，从而得出材料的热力学性质、结构特征、动态行为等信息。
它可以在纳秒尺度上模拟材料热力学特性（如热膨胀系数、热导率等）、弹性常数、塑性形变等经典物理性质，并可以计算传输特性、电子结构和光学性质等非经典性质，如材料的导电性和光学性质等。
二、分子动力学模拟在材料设计和优化中的应用分子动力学模拟在材料设计和优化中的应用越来越重要。
相对于实验方法，分子动力学模拟不仅可以大大降低研究成本，还可以提供更丰富的材料信息。
下面列出几个分子动力学模拟在材料领域中的应用案例。
1. 高性能聚合物的设计分子动力学模拟可以用来设计高性能聚合物。
聚合物的力学性能与其微观结构有关，如分子大小、结构、相互作用力、拉伸等因素都会影响聚合物的性能。
因此，必须精确定义聚合物的原子和键粘性，模拟聚合物的扩散和固化过程，并通过模拟得到聚合物的物理和力学性能。
通过模拟，可以预测聚合物中链长、链道、支链等参数对力学性能的影响，进而设计高性能聚合物。
2. 新材料的发现分子动力学模拟可以用来发现新材料，预测材料的性质。
例如，通过模拟分析可以预测新的氢存储材料，可以设计用于太阳能电池的新型光学材料，也可以预测反应材料的催化作用等等。
材料微观结构演化大规模分子动力学软件比较聂宁明1胡长军 2 张云泉3贺新福4张博尧1李士刚31中国科学院计算机网络信息中心，北京1001902北京科技大学计算机与通信工程学院，北京1000833中国科学院计算技术研究所，北京1001904中国原子能科学院研究院，北京102413(nienm@)Comparison of Large-scale Molecular Dynamics Software for Materials ComputingNingming Nie1 Changjun Hu2 Yuquan Zhang3 Xinfu He4 Boyao Zhang1 Shigang Li31(Computer Network Information Center, Chinese Academy of Science, Beijing 100190)2 (School of Computer &Communication Engineering, University of Science &Technology Beijing, Beijing, 100083)3(Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Science, Beijing 100190)4(China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413)Abstract Molecular dynamics simulation is an important tool for studying materials microstructure evolution under radiation effects. Four kinds of mainstream large-scale molecular dynamics open source software for materials computing, LAMMPS, Ls1-MarDyn, IMD and CoMD, are introduced in detail in this paper, with data structures, computational methods, parallel decomposition methods and atomic storage, etc. are compared and analyzed. By the design examples, computational efficiency, parallel performance and memory usage have been tested. It provides the basis for subsequent research to realize large temporal and spatial scale molecular dynamics simulation.Key words Molecular Dynamics; Large-scale; Data Structure, Material Irradiation Damage摘要分子动力学模拟是研究材料辐照效应下微观结构演化的重要工具。
本文对四款主流材料计算大规模分子动力学开源软件LAMMPS，Ls1-MarDyn，IMD和CoMD进行了详细的介绍，从数据结构、计算方法、并行分解方式、原子存储等多个方面进行横向分析比较。
通过设计算例测试了各软件的计算效率，并行性能和内存使用情况。
为后续实现大时空尺度分子动力学模拟研究提供了研究基础。
关键词分子动力学模拟；大规模；数据结构；材料辐照损伤中图法分类号TP391材料辐照损伤研究涉及从原子尺度到宏观尺度的9个数量级的跨越，以及皮秒量级原子键断裂过程到几十年工程结构失效和破坏的跨时间尺度的非线性过程。
这一演化和发展过程在实验很难观测和发现。
因此，目前为止，材料工作者对材料辐照损伤过程中内部微观过程和演化机理尚缺乏深入的了解。
高性能计算机技术的发展使人们从微观层次深入理解材料成为可能，成为当今国际材料界的重要研究领域。
分子动力学模拟作为原子尺度模拟的经典计算方法，在材料微观结构演化规律研究中处于重要地位。
分子动力学模拟(moleculardynamics simulation , MD)是通过利用计算机求解体系内所有粒子的运动方程来模拟粒子的运动轨迹，从而获得系统的温度、体积、压力、应力等宏观量和微观过程量。
从上世纪五十年代发展以来[1,2]，已经在包括物理，计算化学，计算生物，材料科学，药物设计等多个领域有了十分丰富的应用。
分子动力学模拟作为一种非常有效的材料计算技术，已成为与实验同等重要的科学研究的方法。
由于计算能力的限制，目前分子动力学通常模拟的是几万到几千万个原子条件下材料的内部演化过程，而通常材料的微观结构及缺陷尺寸远远大于现有计算能力所实现的计算规模，计算模拟结果与实际材料的微观演化过程及宏观性能等还有很大的差异。
因此分子动力学模拟的发展的关键在于空间规模的扩大和时间尺度的延长。
只有在原子个数无限多，计算的时间足够长时，才能真实地反映材料性质的宏观行为。
近些年，随着高性能计算机技术的飞速发展，分子动力学计算技术被注入了新的活力。
2015年7月，我国研制的“天河二号”超级计算机再度荣登全球超级计算机500强排行榜榜首，连续五次称冠世界[3]。
高性能计算机的发展为大规模分子动力学模拟提供了发展的肥沃土壤。
制约实际应用的瓶颈在于大规模分子动力学软件的研发。
开展大规模分子动力学模拟软件的研究成为国际上的研究热点。
科学家们基于混合架构高性能计算机开发了新的分子动力学程序，例如LLNL与IBM的团队开发了面向高性能计算机的经典分子动力学代码--ddcMD代码。
2005年，他们首次从原子层次原子尺度研究了金属钽和铀在超高温高压下的凝固过程，在IBM BlueGene/L的131072个CPU上，达到101.7万亿次/秒的持续计算性能，获得了Gordon Bell奖，该研究对评估核武器储备的可靠性具有重要意义[4]。
2007年，他们又实现了第一个基于分子动力学的微米尺度原子级K-H不稳定性数值模拟，在IBM BlueGene/L 全系统212,992个CPU 上，获得了54.3万亿次/秒的持续计算性能，再次获得了Gordon Bell奖[5]。
近年来美国启动了名为“Spatio-Temporal Frontiers of Atomistic Simulations in the Petaflop Computational World”[6]的科研项目，旨在基于高性能计算机开发可扩展的分子动力学程序，研究晶界与位错的相互作用以及材料中空洞的形核与长大过程，在此基础上采用可扩展并行短程MD 程序SPaSM在Roadrunner上对106-1012原子进行了大规模的仿真模拟，达到了369 万亿次/秒持续计算性能[7]。
除此之外，针对不同领域应用的通用分子动力学软件也有许多，如LAMMPS[8],NAMD[9],GROMACS[10]等等。
它们各有各的特点，在不同领域获得了广泛的应用。
本文关注的是在材料计算领域广泛使用，可进行大规模并行计算的开源分子动力学软件。
我们选取了LAMMPS，Ls1-MarDyn，IMD和CoMD四款开源分子动力学软件进行详细的比较说明，为我们的后续研发工作提供研究基础与支持。
本文的安排如下：首先是分子动力学软件的介绍，将对选取的LAMMPS，Ls1-MarDyn，IMD和CoMD四款大规模并行计算的分子动力学软件进行详细介绍。
接下来，对这四款软件在并行性能，数据结构，原子结构存储等几个方面进行横向比较，并通过数值算例进行验证和分析说明。
最后是全文总结，通过总结前文对四款MD软件在大规模并行计算上特点的分析，提出针对辐照效应下金属材料计算特点的数据结构设计思想，为下一步研究工作指出方向。
1. 大规模材料计算分子动力学软件介绍1.1LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）软件LAMMPS软件[8]是由美国Sandia国家实验室开发的一款通用的大规模分子动力学并行计算软件，是世界上使用者最广泛的几款分子动力学软件之一。
从2004年到2011年之间，就达到了8万9千多次的下载量。
LAMMPS主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作，可在包括气态，液态或者固态相形态、各种系综下，采用不同的力场和边界条件来模拟全原子，聚合物，生物，金属，粒状和粗粒化体系。
可实现从几个粒子到上亿粒子体系的分子动力学计算。
LAMMPS可提供并支持多种势函数计算，包括对势，如Lennard-Jones(L-J)势（多用于气体，液体分子间作用力计算）、Morse势等，多体势，如Embedded Atom Model(EAM)势（多用于单一金属或合金体系计算）、modified EAM (MEAM)势等，应用十分广泛。
LAMMPS软件为开源软件，以C++编写，支持用户的自行修改和扩展。
LAMMPS支持串行与并行计算。
并行LAMMPS采用MPI并行，针对并行计算特点设计数据结构与并行策略，具有良好的并行扩展性。
其软件结构可由如图1所示的类结构关系图来展示。
在计算粒子间相互作用时，LAMMPS通过cutoff 来设定每个粒子需计算的相互作用粒子范围大小，采用neighbor list，也即近邻列表的数据结构来记录每个粒子的邻居粒子信息，如图2所示。
粒子信息存储在数组中，每个粒子的邻近表数组中存储粒子的邻居粒子索引。
在计算时，通过neighbor list来追踪所有与该粒子有相互作用的粒子间作用力等信息。
LAMMPS采用空间分解方法来并行分配模拟区域。
将整个模拟区域分解成若干子区域分配到各个处理器上。
在每个处理器的计算子区域上设置ghost区域来存储子区域边界原子信息，以便并行计算时各个处理器间的相互通信与计算。
LAMMPS提供了两种图1 LAMMPS软件结构示意图[8]Fig. 1 Software Structure Chart of LAMMPS[8]图 2 LAMMPS neighbor list 数据结构展示Fig. 2 Data Structure of Neighbor List for LAMMPS方法来实现负载均衡，Shift方法和RCB方法，分别如图3a和图3b所示。
Shift方法通过改变处理器间的分割线，来调整分给每个处理器的空间。
