LAMMPS—fix命令超详细解析
文章来源：“分子动力学”公众号
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fix命令为一组原子施加fix约束。
使用语法
fix ID group-ID style args
ID = fix命令的ID
group-ID = 该fix命令所作用的原子组的ID
style = fix类型名（最下有列表）
args = 特定类型fix命令所需要的参数
使用举例
fix 1 all nve
fix 3 all nvt temp 300.0 300.0 0.01
fix mine top setforce 0.0 NULL 0.0
使用介绍
为一组原子施加fix约束。在LAMMPS中，fix是施加在分子动力学时间步或能量最小化过程中的某种操作。举例来说，它可能是在时间积分的过程中更新原子的位置和速度，或是控制温度，或是给原子施加约束力，或是强制某种边界条件，或计算过程诊断，等等。在LAMMSP中有一些列可以使用的fix命令，具体参考后面的列表。
fix命令会在时间步中的不同过程中执行相关的操作。如果有2个或多个fix命令作用于时间步中的同一过程，它们会按着在输入脚本中定义的顺序依次被激活。
fix命令的ID只能包含字母、数字和下划线。
fix命令所施加的约束可以被unfix命令删去。
注意：使用unfix命令是唯一用来关闭fix命令所施加的约束的方法。如果只是指定一种新的类似的fix命令并不会关闭之前的fix命令。这对于进行积分的fix命令特别重要。举例来说，如果你先定义了fix nvt命令，然后又定义了fix nve命令，这样做并不会将先定义的NVT时间积分取消掉，而是这两个时间积分同时进行。
如果你在定义一个新的fix命令时，所使用的ID和类型名与某个已经定义的fix命令完全相同，那么先前定义的那个fix命令就会被删除掉，而新的fix命令会被创建，所使用的参数也是重新定义的。这样做就好像是在定义这个新的fix命令之前，先使用unfix命令取消了旧fix命令，除了说它们所作用的顺序会因着定义的位置不同而有所差异。另外需要注意的是，这种重新定义fix命令也会将先前使用fix_modify命令定义的，与旧fix命令相关的其他任何改变都清除掉。
fix_modify命令可以用来重置fix命令定义的某些设置。具体细节可以参考特定类型的fix命令。
有些fix命令会在写二进制重启动文件（restart命令或write_restart命令）时保存其内部状态。这些fix命令会在重启动该模拟时继续对计算过程起作用。参考read_restart命令，了解在读入重启动文件的输入脚本中，如何重新指定fix命令。参考具体类型的fix命令，了解哪些命令会被写入到重启动文件中。
有些类型的fix命令会计算某种类型的量（全局量、单原子量或局部量），这些量可以被其他命令使用或输出。
全局量（global）是系统维度的量，比如体系的总能。
单原子量（per-atom）是每个原子都具有的量，比如每个原子的位移矢量。不在fix命令所约束的组内的原子的该单原子量被设为0。
局域量（local）是每个处理器基于它们所拥有的原子而计算出的量。原子可能有多个或没有局域量。
另外需要注意的是一个单独的fix命令只可能会产生这三种类型量的某一种。
全局量、单原子量和局域量都有三种存在形式：单独的标量、一维矢量和二维阵列。每种具体类型的fix命令的页面会介绍它会产生哪种类型的变量，以及它的存在形式，比如单原子一维矢量。有些类型的fix命令会产生多种存在形式的某种类型的量，比如全局标量和全局矢量。
如果要使用fix命令计算出的量，比如使用输出命令将它们输出，可以使用下面的方括号记号来引用它们。其中的ID是fix命令的ID。
也就是说，使用使用一个方括号可以将量的维度降低一维，这样矢量就会变成标量，阵列就会变成矢量。使用两个方括号会将维度降低两次，也就是将阵列变为标量。通过这种方法，使用fix标量值作为输入的命令也可以同样处理矢量和阵列的元素。
注意：可以使用fix量的命令和变量并不是可以使用任何一种存在形式的量，比如一个命令可能会需要矢量类型的量，而不是标量类型的。这也就意味着在引用fix计算的量时不能含糊，而需要注意它的存在形式。这也会在具体介绍这些命令时详细的解释到。
在LAMMPS中，fix命令产生的值有下列的使用方法：
全局量可以使用命令thermo_style custom or fix ave/time 输出，也可以以equal类型或atom类型的变量进行引用。
单原子量可以使用 dump customor fix ave/spatial命令进行输出，也可以使用 fix ave/atom命令对时间进行平均，或使用compute reduce 命令进行降维，或使用atom-style类型的变量进行引用。
局域量可以使用compute reduce命令进行降维，或者使用fix ave/histo命令进行直方图化。
fix命令计算的全局量既可以是内部的，也可以是外部的。“内部”是说其值独立于模拟中的原子数，比如温度。“外部”是说其值的大小与模拟中的原子数有关系，比如总的转动动能。命令Thermodynamic output 会将外部量的值对体系中的原子数进行规范化，具体看"thermo_modify norm"的设置。但对于内部量，它不会进行规范化。如果使用其他方法对fix量进行引用，比如变量variable，你需要了解它是内部量还是外部量。
每一种类型的fix命令都有单独的文档页面来介绍其参数和它具体是做什么的。下面是lammps中可用的fix命令列表。（译注：fix命令会经常增加，所以这里列出的很可能并非全部。）
adapt - change a simulation parameter over time
addforce - add a force to each atom
append/atoms - append atoms to a running simulation
aveforce - add an averaged force to each atom
ave/atom - compute per-atom time-averaged quantities
ave/histo - compute/output time-averaged histograms
ave/spatial - compute/output time-averaged per-atom quantities by layer
ave/time - compute/output global time-averaged quantities
bond/break - break bonds on the fly
bond/create - create bonds on the fly
bond/swap - Monte Carlo bond swapping
box/relax - relax box size during energy minimization
deform - change the simulation box size/shape
deposit - add new atoms above a surface
drag - drag atoms towards a defined coordinate
dt/reset - reset the timestep based on velocity, forces
efield - impose electric field on system
enforce2d - zero out z-dimension velocity and force
evaporate - remove atoms from simulation periodically
external - callback to an external driver program
freeze - freeze atoms in a granular simulation
gravity - add gravity to atoms in a granular simulation
gcmc - grand canonical insertions/deletions
heat - add/subtract momentum-conserving heat
indent - impose force due to an indenter
langevin - Langevin temperature control
lineforce - constrain atoms to move in a line
momentum - zero the linear and/or angular momentum of a group of atoms
move - move atoms in a prescribed fashion
msst - multi-scale shock technique (MSST) integration
neb - nudged elastic band (NEB) spring forces
nph - constant NPH time integration via Nose/Hoover
nph/asphere - NPH for aspherical particles
nph/sphere - NPH for spherical particles
nphug - constant-stress Hugoniostat integration
npt - constant NPT time integration via Nose/Hoover
npt/asphere - NPT for aspherical particles
npt/sphere - NPT for spherical particles
nve - constant NVE time integration
nve/asphere - NVE for aspherical particles
nve/asphere/noforce - NVE for aspherical particles without forces"
nve/body - NVE for body particles
nve/limit - NVE with limited step length
nve/line - NVE for line segments
nve/noforce - NVE without forces (v only)
nve/sphere - NVE for spherical particles
nve/tri - NVE for triangles
nvt - constant NVT time integration via Nose/Hoover
nvt/asphere - NVT for aspherical particles
nvt/sllod - NVT for NEMD with SLLOD equations
nvt/sphere - NVT for spherical particles
orient/fcc - add grain boundary migration force
planeforce - constrain atoms to move in a plane
poems - constrain clusters of atoms to move as coupled rigid bodies
pour - pour new atoms into a granular simulation domain
press/berendsen - pressure control by Berendsen barostat
print - print text and variables during a simulation
property/atom - add customized per-atom values
reax/bonds - write out ReaxFF bond information recenter - constrain the center-of-mass position of a group of atoms
restrain - constrain a bond, angle, dihedral
rigid - constrain one or more clusters of atoms to move as a rigid body with NVE integration
rigid/nph - constrain one or more clusters of atoms to move as a rigid body with NPH integration
rigid/npt - constrain one or more clusters of atoms to move as a rigid body with NPT integration
rigid/nve - constrain one or more clusters of atoms to move as a rigid body with alternate NVE integration
rigid/nvt - constrain one or more clusters of atoms to move as a rigid body with NVT integration
rigid - constrain many small clusters of atoms to move as a rigid body with NVE integration
setforce - set the force on each atom
shake - SHAKE constraints on bonds and/or angles
spring - apply harmonic spring force to group of atoms
spring/rg - spring on radius of gyration of group of atoms
spring/self - spring from each atom to its origin
srd - stochastic rotation dynamics (SRD)
store/force - store force on each atom
store/state - store attributes for each atom
temp/berendsen - temperature control by Berendsen thermostat
temp/rescale - temperature control by velocity rescaling
thermal/conductivity - 使用Muller-Plathe方法计算热导
tmd - guide a group of atoms to a new configuration
ttm - two-temperature model for electronic/atomic coupling
viscosity - Muller-Plathe动量交换法计算粘度
viscous - viscous damping for granular simulations
wall/colloid - Lennard-Jones wall interacting with finite-size particles
wall/gran - frictional wall(s) for granular simulations
wall/harmonic - harmonic spring wall
wall/lj126 - Lennard-Jones 12-6 wall
wall/lj93 - Lennard-Jones 9-3 wall
wall/piston - moving reflective piston wall
wall/reflect - reflecting wall(s)
wall/region - use region surface as wall
wall/srd - slip/no-slip wall for SRD particles
另外还有一些用户贡献的fix命令也发布在LAMMPS程序包中。
也有一些用于加速CPU和GPU计算速度的fix命令发布在LAMMPS程序包中。
使用限制
有些类型的fix命令被包含在某些特定安装包里。只在安装LAMMPS的时候将这些安装包编译进去，它们才是可用的。如果某种类型的fix命令需要某个特定的安装包，会在其单独的介绍页面中介绍。