用lammps做模拟时想用lj单位
势函数用lj/cut
pair_style lj/cut rc
pair_coeff 1 2 ε* σ*
参数用Ar的相关参数： ε=115.5K σ=3.4nm
请问转换到 lj 单位，这俩数应该是多少呢，转换公式是什么？
还有就是算出来的能量是负的，这正常吗？负能量代表什么含义呢？
in文件：
units lj
dimension 3
boundary p p p
atom_style atomic
neighbor 0.2 bin
neigh_modify every 1 delay 0 check yes
read_data Model.data
pair_style lj/cut 3.5
pair_coeff * * 0.507 0.76
group bead1 type 1
group bead2 type 2
fix FREEZE all setforce 0.0 0.0 0.0
fix 1 all nve
compute overlap bead1 group/group bead2
thermo 100
thermo_style custom step c_overlap
thermo_modify norm no
timestep 0.001
dump 1 all custom 100 overlap_total.xyz id type x y z
run 1000
计算结果：
Step c_overlap
0 -0.76528644
100 -0.76528644
200 -0.76528644
300 -0.76528644
400 -0.76528644
500 -0.76528644
600 -0.76528644
700 -0.76528644
800 -0.76528644
900 -0.76528644
1000 -0.76528644
Loop time of 0.0147074 on 1 procs for 1000 steps with 129 atoms
参考GPT和自己的思路：
lj单位是以Lennard-Jones势的参数为基础的单位制。换句话说，它是用LJ参数来表达其他物理量的单位制。国际单位制（SI）是另一个常用的单位制。
下面是将参数从国际单位制转换为LJ单位制的公式：
ε_LJ = ε/kB
σ_LJ = σ/σ0
其中，kB是玻尔兹曼常数，σ0是通常是为1的单位。对于氩气(Ar)，kB = 1.3806 x 10^-23 J/K，σ0 = 3.405 Å。
将国际单位转换为LJ单位后，可以将组成部分的势函数表示为：
V_LJ(r) = 4ε_LJ[(σ_LJ/r)^12 - (σ_LJ/r)^6]
对于Ar，ε/kB=119.8K，σ=3.405 Å，则ε_LJ=0.9964，σ_LJ=1.0。
因此，在LJ单位制下，参数应为：
pair_style lj/cut 2.5
pair_coeff 1 2 0.9964 1.0
参考GPT和自己的思路，LAMMPS中的LJ单位是通过将势函数中的ε和σ设置为1来定义的，因此如果您想使用LJ单位，需要对您的参数进行归一化。具体来说，您需要将势函数中的ε和σ转换为LJ单位，然后将其传递给LAMMPS。
将Lennard-Jones势函数中的ε和σ转换为LJ单位的公式如下：
ε_LJ = ε/kB
σ_LJ = σ/√(mσ²/ε)
其中，kB是玻尔兹曼常数，m是系统中粒子的质量。在这种情况下，我们可以假设粒子的质量是1，因此m=1。
将您提供的参数ε=115.5K和σ=3.4nm带入上述公式，我们可以得到：
ε_LJ = 115.5K/1.380649×10^-23 J/K = 8.364×10^22 J
σ_LJ = 3.4nm/√(1×(3.4×10^-9m)^2/(8.364×10^22J)) = 0.3405×10^-9 m
因此，在LJ单位下，您的参数将是：
ε_LJ = 1
σ_LJ = 1
在LAMMPS中，您需要将这些参数传递给pair_coeff命令。例如，如果您想将参数传递给类型为1和2的原子对，您应该执行以下命令：
pair_coeff 1 2 1.0 1.0
这里的1.0代表在LJ单位下的ε_LJ和σ_LJ。请注意，我们将两个参数都设置为1.0，因为我们已经将原始参数转换为LJ单位。
该回答引用ChatGPT
如有疑问，可以回复我！
LAMMPS中的LJ单位是一种无量纲的单位制，方便用于Lennard-Jones势的模拟。在这种单位制中，能量单位为ε，距离单位为σ，时间单位为τ。要将您提供的参数转换为LJ单位，我们需要考虑这三个单位。
给定的参数是：ε = 115.5 K（开尔文）、σ = 3.4 nm。
要将这些参数转换为LJ单位，我们可以通过以下方法：
1、能量：使用ε作为能量单位。这意味着，在LJ单位中，ε* = ε/ε = 1。
2、距离：使用σ作为距离单位。这意味着，在LJ单位中，σ* = σ/σ = 1。
现在我们已经将这两个参数转换为LJ单位，所以在LAMMPS模拟中，您可以像这样设置参数：
pair_style lj/cut rc
pair_coeff 1 2 1.0 1.0
注意，您还需要确定一个合适的截止距离（rc），并根据实际需求进行选择。在LJ单位制下，截止距离也需要除以σ来进行单位转换。例如，如果您选择的截止距离是10.2 Å（1 Å = 0.1 nm），则需要将其转换为LJ单位：
rc* = rc/σ = (10.2 Å) / (3.4 nm) = 1.2
所以，您的pair_style命令应该是：
pair_style lj/cut 1.2
该回答引用GPTᴼᴾᴱᴺᴬᴵ
LAMMPS中的LJ单位是指将粒子的质量、长度和时间单位设置为1，然后用能量单位来表示势能。具体来说，LJ势函数的表达式如下：
V(r) = 4ε[(σ/r)^12 - (σ/r)^6]
·
其中，r是两个粒子之间的距离，ε和σ分别是LJ势函数的深度和位置参数。在LJ单位下，LJ势函数可以写成：
V(r) = 4[(r^-12) - (r^-6)]
·
其中，r的单位是LJ单位，ε和σ的单位分别是LJ能量单位和LJ长度单位。为了将这些参数转换为国际单位制（SI）中的值，需要使用以下转换公式：
LJ长度单位 = σ / λ
LJ能量单位 = ε * λ
LJ时间单位 = σ * (m/ε)^0.5
·
其中，m是粒子的质量单位，λ是单位长度的倍数，可以通过调整模拟盒子的大小来改变。对于Ar分子，m = 39.95 amu。将ε和σ的值代入上述公式中，可以得到以下结果：
LJ长度单位 = 0.3128 nm
LJ能量单位 = 119.8 K
LJ时间单位 = 2.158 ps
·
因此，在使用LJ势函数进行模拟时，应该将其参数设置为：
pair_style lj/cut rc
pair_coeff 1 2 1.0 1.0
units lj
special_bonds lj 0.0 1.0 1.0
·
这里将ε和σ的值设置为1.0，将能量、长度和时间单位都设置为LJ单位。在这个单位制下，模拟系统的温度和压强也需要用LJ温度和LJ压强来表示。
参考GPT和自己的思路：LAMMPS中的Lennard-Jones (LJ) 势函数，是通过选择不同的单位来描述模拟体系的长度、质量、时间等物理量的尺度。常见的单位系统有LJ、SI、CGS等。LJ单位系统中，长度的单位为 σ，质量的单位为 m，时间的单位为 σ(m/ε)^0.5，其中 ε 是LJ势函数中的势能参数。因此，对于Ar原子的LJ参数，将它们转换到LJ单位，可得ε=1，σ=1。
转换到 LJ 单位，需要先选择基本单位。通常选择基本单位为 sigma (σ) 为长度单位，epsilon (ε) 为能量单位，m为质量单位，t为时间单位。对于给定的 Ar 参数，转换公式为：
长度： σ* = 1 （LJ单位长度为sigma）
能量： ε* = ε / kB （LJ单位能量为epsilon/kB）
质量： m* = m （LJ单位质量为实际质量）
时间： t* = (m* σ^2 / ε)^(1/2) （LJ单位时间）
其中，kB是玻尔兹曼常数。
至于负能量，它是在LJ势函数中的一个常见现象，它代表的是模拟体系中原子的吸引作用大于其排斥作用，导致总势能为负数。负能量不是错误，而是在模拟中的一种现象，因此不必过于担心。
对于使用 LJ 势函数计算的能量，负数是正常现象。LJ 势函数的形式为 U(r) = 4ε[(σ/r)^12 - (σ/r)^6]，当r < σ时，势能为负数。负能量代表粒子间吸引力，正能量代表粒子间排斥力。
看上去结果就不对，怎么都一样了呢
lj单位制中，势函数用的是Lennard-Jones势函数，转换公式如下：
$$
\begin{aligned}
\sigma_{LJ} &= \frac{\sigma_{SI}}{\sqrt[6]{2}}, \
\epsilon_{LJ} &= \epsilon_{SI} k_B / T,
\end{aligned}
$$
其中 $\sigma_{SI}$ 和 $\epsilon_{SI}$ 分别是在SI单位制下的 $\sigma$ 值和 $\epsilon$ 值，$\sigma_{LJ}$ 和 $\epsilon_{LJ}$ 分别是在 lj 单位制下的 $\sigma$ 值和 $\epsilon$ 值，$k_B$ 是玻尔兹曼常数，$T$ 是温度。
对于 Ar 而言，$\epsilon_{SI}=115.5 K$，$\sigma_{SI}=3.4 nm$。因此，
$$
\begin{aligned}
\sigma_{LJ} &= \frac{3.4\times 10^{-9}\text{m}}{\sqrt[6]{2}} = 0.335\text{nm}, \
\epsilon_{LJ} &= \frac{115.5\text{K}\times 1.380649\times10^{-23}\text{J/K}}{1.65\times 10^{-21}\text{J}}=0.996.
\end{aligned}
$$
在 LAMMPS 中，可以将参数设置为：
pair_style lj/cut 3.5
pair_coeff 1 2 0.996 0.335
关于负能量的问题，这可能是由于势能计算过程中参数设置不当所导致的。在某些情况下，在 lj 单位制中，两个粒子之间的势能会变成负值，但这并不代表物理上的能量也是负的。在这种情况下，我们应该将势函数加上一个常数项，使其变成非负形式。比如使用修正后的 Lennard-Jones 势函数：
$$
V(r) = 4\epsilon \left[\left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12}-\left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6}\right]+\epsilon^{*},
$$
其中 $\epsilon^{*}$ 是一个常数项，用于保证 $V(r)\geq 0$。
以下是使用修正后的 Lennard-Jones 势函数计算的示例代码：
pair_style lj/cut 3.5
pair_coeff 1 2 0.996 0.335
# 添加常数项使势能非负
epsilon_star = 0.01
pair_modify shift yes
pair_coeff * * 0.0 0.0 4.0*epsilon_star
group bead1 type 1
group bead2 type 2
fix FREEZE all setforce 0.0 0.0 0.0
fix 1 all nve
compute overlap bead1 group/group bead2
thermo 100
thermo_style custom step c_overlap
thermo_modify norm no
timestep 0.001
dump 1 all custom 100 overlap_total.xyz id type x y z
run 1000
其中，pair_modify shift yes 告诉 LAMMPS 在势函数中加上一个平移项；pair_coeff * * 0.0 0.0 4.0*epsilon_star 设置所有粒子之间的势函数参数为 0，并在势函数中添加一个大小为 $4\epsilon^{*}$ 的平移项，保证势能非负。
需要注意的是，修正后的 Lennard-Jones 势函数只是一种近似方法，它并不能完全代表物理过程中存在的相互作用。因此，在应用中需要谨慎使用。
如果您已经使用了修正后的 Lennard-Jones 势函数，并且在势函数中加上了常数项，但是计算得到的能量仍然为负数，可能会有以下几种原因：
错误的输入：检查输入文件和数据文件是否正确，并通过 LAMMPS 的 log 文件来确保模拟成功运行。
非物理状态：如过于密集的粒子堆积、能量过高等。这些情况可能导致势函数失效，需要调整模拟参数或者尝试其他方法。
问题可能出现在势函数的形式上：LJ势函数一般不会产生负能量，更多的是在模拟非相干流体(如聚合物或复杂流体)的时候引入一个被称为截断误差的问题，此时势能可能会变为负值。一种解决方法是使用长程力计算技术，比如 Ewald 或者 P3M 方法，来避免截断误差的影响。
可能是精度问题：通常情况下LAMMPS的势能计算精度很高，但是对某些类别的模拟，比如针对金属、大分子等的模拟时，精度就可能会有所下降。此时可以尝试调整模拟参数或者考虑采用其他模拟方法，以获得更好的精度。
如若以上解决方案均无法解决问题，建议详细检查势函数设置和模拟条件，以确定问题所在。
LJ (Lennard-Jones)单位通常用于分子模拟中，其中长度的基本单位为σ（强制势函数的零点），能量的基本单位是ε（两个粒子之间的吸引力深度）。将实际值转换为LJ单位可以使用以下公式：
r_LJ = r / σ
E_LJ = E / ε
其中r和E分别是实际的距离和能量。对于Ar原子，ε=115.5K，σ=3.4nm，因此：
ε* = ε/kB = 119.8K
σ* = σ/1nm = 3.4
将这些值带入您的LAMMPS输入文件中即可。
负能量在分子模拟中是很常见的，通常表示系统处于较低的能量状态。在LJ势函数中，当两个粒子之间的距离小于其相互作用半径时，它们会相互吸引并产生负能量。