LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种强大的分子动力学模拟软件，专为并行计算设计，广泛应用于物理、化学、材料科学和生物学等领域。它能够模拟从几个粒子到数亿个粒子的系统，涵盖液体、固体、气体以及各种复杂复合材料。LAMMPS的核心特性包括其高度的可扩展性和灵活性，允许用户添加新的力场、原子模型、边界条件和诊断功能。
1. **并行计算**：LAMMPS利用MPI（Message Passing Interface）进行分布式内存并行计算，能够在多种类型的并行计算机上运行，包括共享内存和分布式内存系统，如Beowulf集群。通过空间分解技术，将模拟空间划分为小块，分配给不同处理器，每个处理器处理一部分粒子，并维护边界上的“幽灵”原子信息，确保并行计算的正确性和高效性。
2. **功能特性**：
- **可串行和并行计算**：LAMMPS支持单处理器的串行计算，但主要设计用于并行环境。
- **分布式MPI策略**：使用MPI通信协议实现处理器间的协作计算。
- **开源和移植性**：LAMMPS是开源软件，用C++编写，易于移植到各种操作系统。
- **自定义计算**：支持用户添加新的计算方法，如FFT（快速傅里叶变换）。
- **输入脚本**：所有模拟任务可以通过单一输入脚本来控制，脚本语言具有丰富的语法规则，支持变量、方程和控制结构。
3. **粒子和模拟类型**：
- **原子和粗粒化粒子**：包括全原子、聚合物、生物分子、金属、颗粒材料和介观模型。
- **力场**：提供了多种力场模型，如Lennard-Jones（L-J）、Buckingham、Morse、Yukawa、软势、EAM、Finnis-Sinclair EAM、MEAM、Stillinger-Weber、Tersoff、AIREBO、ReaxFF、DPD、Gay-Berne、Resquared、Colloidal、DLVO、granular、Peridynamics等。
4. **相互作用势**：
- **短程相互作用**：如L-J、Buckingham等。
- **带电粒子相互作用**：如Coulombic、point-dipole。
- **多体作用**：如EAM、Finnis-Sinclair EAM、MEAM等。
- **粗粒化和介观作用**：DPD、Gay-Berne等。
- **键合和非键合势**：如harmonic、FENE、Morse、nonlinear、class2、quartic、angle、dihedral、improper等。
5. **长程库伦作用**：支持Ewald、PPPM、Ewald/N等方法处理长程L-J作用和库仑作用，以及Debye模型处理隐含溶剂势能。
6. **聚合物和水模型**：支持全原子、联合原子、bead-spring、breakable键的聚合物模型，以及TIP3P、TIP4P、SPC等水模型。
LAMMPS的这些特性使其成为研究分子动力学、材料性质、纳米技术和生物系统的理想工具。其灵活性和可扩展性使得科学家能够根据具体研究需求定制计算方法，极大地扩展了其应用范围。无论是模拟简单系统还是复杂多尺度问题，LAMMPS都能提供强大的计算能力。
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