By name: lammps description: Use when working on classical materials simulations with LAMMPS, including potential selection, shock or deformation setups, thermodynamic runs, or structure analysis for solids and nanomaterials.
LAMMPS 材料科学模拟
用 LAMMPS 做材料科学分子动力学模拟：晶体构建、势函数选择、形变/冲击、结构分析、可视化。
本 skill 故意保持轻量：
- 它负责告诉 agent 什么时候该用 LAMMPS、该遵守什么科学规范、完整工作流长什么样
- 它不承担完整接口手册的职责
- 具体命令、参数、语法、package 限制，统一去查
scholaraio toolref
Agent 默认协议（toolref-first）
对 LAMMPS 问题，agent 默认按这个顺序工作：
- 先判断问题属于哪类对象：
pair_style、fix、compute、dump、region、boundary、run流程 - 写输入脚本前，优先查高风险命令页，而不是凭记忆拼装
- 命令名和用户说法不一致时，优先用
search找主入口，再用show - 如果
toolref已能回答，就不要在 skill 里重复写手册 - 如果
toolref命中不好或某个 package 页面缺失，agent 应先完成任务，再把它标记为维护层缺口，而不是让用户自己补
这意味着：
- 用户不该自己去打磨
fix/pair_style的映射关系 - agent 应自己消化
fix npt -> fix_nh、pair style eam -> pair_eam这类入口差异 - 只有反复出现的缺口才进入正式 onboarding
前置条件
# 安装（含 GPU 支持）
conda install -c conda-forge lammps
# 可视化
pip install ovito
验证：lmp -h 应显示已安装的 packages（需包含 GPU、MANYBODY、EXTRA-COMPUTE）。
GPU 加速：package gpu 4 在输入脚本开头启用，suffix gpu 自动为支持的 pair_style 加 /gpu 后缀。
并行运行约束：
- 启动 MPI 作业时，优先使用 LAMMPS 所在环境自带的
mpirun/mpiexec - 不要默认混用系统里的另一套 MPI launcher；如果
lmp链接的libmpi与 launcher 不一致，可能出现“进程活着但无日志输出”的假启动挂起 - 需要绑核或做 rank pinning 时，先用小规模 MPI 诊断确认启动和绑定语法，再放大到正式规模
何时使用
适合：
- 金属、陶瓷、半导体、纳米材料的经典 MD
- 力学性质、相变、位错/缺陷演化、冲击波、热输运
- 已有合适经验势函数的体系
不适合：
- 需要显式电子结构精度时，优先考虑 DFT / Quantum ESPRESSO
- 势函数没有可靠文献依据时，不要直接开算
Toolref 优先
当 agent 不确定命令、参数、限制、输出字段时，先查 toolref，再写输入脚本。
常用查法：
scholaraio toolref search lammps "nose hoover thermostat"
scholaraio toolref show lammps fix_nh
scholaraio toolref show lammps pair_eam
scholaraio toolref show lammps compute_cna_atom
scholaraio toolref show lammps fix_deform
推荐习惯：
- 写脚本前先查
pair_style/fix/compute/dump - 遇到 package 依赖时先用
toolref show看 Restrictions - 遇到模糊概念先用
toolref search，确定候选命令后再show
如果遇到覆盖缺口：
- 先用官方 LAMMPS 文档继续完成任务
- 明确说明这里是
toolref覆盖/排序缺口，不是用户操作错误 - 不要让用户为了当前任务先停下来维护文档层
- 如果官方手册没有解释清楚实际运行异常、MPI 启动问题、版本兼容或绑定语法，继续上网检索官方文档、社区讨论和已知问题，不要猜
核心流程
知识库协作模式
- 用
scholaraio usearch "<材料/现象>"检索相关论文 - 从论文提取：势函数选择、晶格常数、实验基准值（相变压力、弹性常数等）
- 在输入脚本注释中标注参数来源
- 计算完成后与文献数据定量对比
建议按这个顺序思考：
- 体系是否适合经典势函数
- 选择哪类势函数
- 选择边界条件、加载方式、温压控方式
- 选择结构分析与输出
- 跑小体系/短步数 smoke test
- 正式运行后和文献/实验做定量对比
参数出处规则：
- 严格复现任务里，先查库内已入库论文和补充材料
- 如果关键参数仍然缺失，需要别的论文或 supplementary 才能定死，应直接向用户明确索取，不要猜
- 只有当文献明确允许范围选择时，才可以做工程性取值，并要说明这是“派生设置”而不是“严格复现参数”
势函数选择（最关键决策）
| 势函数类型 | 适用场景 | LAMMPS pair_style |
|---|---|---|
| EAM/FS | 金属（Fe, Cu, Al, Ni...） | eam/fs, eam/alloy |
| Tersoff | 共价半导体（Si, C, SiC） | tersoff |
| ReaxFF | 反应性体系（燃烧、氧化） | reaxff |
| AIREBO | 碳纳米材料（CNT, 石墨烯） | airebo |
| SW | Si, GaN | sw |
| MEAM | 多元合金 | meam |
势函数文件来源：
- NIST Interatomic Potentials Repository: https://www.ctcms.nist.gov/potentials/
- LAMMPS potentials/ 目录（随发行版附带）
- 论文 supplementary material
科学规范：势函数选择必须有文献依据，不能随便选一个"能跑"的。
典型任务
- 冲击波 / 爆轰 / 高应变率：重点看非周期边界、活塞施加方式、空间剖面输出
- 拉伸压缩：重点看
fix deform、应力应变提取、应变率合理性 - 温度驱动相变：重点看升温速率、平衡充分性、结构识别
- 缺陷与位错：重点看结构分析和可视化，不只看总能量
常用结构分析：
cna/atom：区分 BCC/FCC/HCPptm/atom：更稳健的局域结构识别centro/atom：缺陷检测voronoi/atom：局域环境统计
这些命令的准确接口、参数和限制请直接查 toolref。
可视化（OVITO）
OVITO 是 LAMMPS 的标准可视化工具。
from ovito.io import import_file
from ovito.modifiers import CommonNeighborAnalysisModifier, SliceModifier
from ovito.vis import Viewport, TachyonRenderer
pipeline = import_file("dump.shock.*", sort_particles=True)
pipeline.modifiers.append(CommonNeighborAnalysisModifier())
# 按结构类型着色
def color_by_phase(frame, data):
import numpy as np
colors = np.zeros((data.particles.count, 3))
cna = data.particles["Structure Type"]
colors[cna == 3] = [0.3, 0.5, 0.8] # BCC → 蓝
colors[cna == 2] = [0.85, 0.15, 0.15] # HCP → 红
colors[cna == 1] = [0.2, 0.8, 0.2] # FCC → 绿
colors[cna == 0] = [0.7, 0.7, 0.7] # Other → 灰
data.particles_.create_property("Color", data=colors)
pipeline.modifiers.append(color_by_phase)
vp = Viewport(type=Viewport.Type.ORTHO, camera_dir=(0, -1, 0))
vp.zoom_all(size=(1920, 1080))
renderer = TachyonRenderer(shadows=False, ambient_occlusion=True)
vp.render_image(filename="snapshot.png", size=(1920, 1080), renderer=renderer)
推荐输出：
- 结构类型着色快照或动画
- 应力/温度/速度的空间剖面图
- 与文献基准的对比图，而不是只给一张原子图
性能参考
| 体系大小 | 势函数 | GPU 配置 | 预期性能 |
|---|---|---|---|
| ~500k 原子 | EAM | 4×A100 | ~50 ns/day |
| ~2M 原子 | EAM | 4×A100 | ~15-20 ns/day |
| ~100k 原子 | ReaxFF | 4×A100 | ~1-2 ns/day |
科学规范
| 检查项 | 正确做法 | 常见错误 |
|---|---|---|
| 势函数 | 有文献验证的 EAM/Tersoff | 随便选一个 LJ |
| 体系大小 | 足够消除有限尺寸效应 | 太小导致伪周期 |
| 平衡 | 先 NPT 平衡再施加载荷 | 直接拉伸未平衡体系 |
| 时间步长 | metal 单位下 0.001 ps (1 fs) | 步长太大导致能量不守恒 |
| 边界条件 | 冲击方向用 s（非周期） |
全周期导致冲击波自干涉 |
| 截断半径 | 根据势函数要求设置 | 用默认值不检查 |
Agent 行为准则
- 不要凭记忆瞎写
fix/compute/pair_style细节，先查toolref - 不要因为“能跑”就默认模型合理，必须说明势函数和参数依据
- 不要只汇报温度/能量曲线，要给结构、相分数、应力或波前等材料学指标
- 不要把 LAMMPS 当黑箱；结果解释必须回到材料机制