势函数模块 (potentials)

本模块提供各种原子间相互作用势函数。

基类

ThermoElasticSim - 势能基类模块

class thermoelasticsim.potentials.base.Potential(parameters, cutoff)[源代码]

基类：ABC

势能计算的抽象基类，定义了所有势能模型必须遵循的接口。

Args:

parameters (dict): 势能相关的参数字典。 cutoff (float): 势能的截断距离，单位为 Å。

Methods

calculate_energy(cell, neighbor_list)

计算系统的总势能。

calculate_forces(cell, neighbor_list)

计算系统中所有原子的作用力。
__init__(parameters, cutoff)[源代码]
abstractmethod calculate_forces(cell, neighbor_list)[源代码]

计算系统中所有原子的作用力。

这是一个抽象方法，必须由子类实现。

Args:

cell (Cell): 包含原子位置和速度等信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList): 用于加速计算的邻居列表对象。

参数:
返回类型:

None

abstractmethod calculate_energy(cell, neighbor_list)[源代码]

计算系统的总势能。

这是一个抽象方法，必须由子类实现。

Args:

cell (Cell): 包含原子位置和速度等信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList): 用于加速计算的邻居列表对象。

返回:

float

返回类型:

系统的总势能，单位为 eV。

参数:

EAM势

ThermoElasticSim - EAM 势模块

该模块实现了嵌入式原子方法 (Embedded Atom Method, EAM) 势， 特别是基于 Mendelev et al. (2008) 参数化的铝 (Al) 势。

EAM势将系统的总能量表示为对势项和嵌入能的总和。每个原子的嵌入能 取决于其所处位置的局部电子密度，而局部电子密度则由周围原子贡献的电子密度叠加而成。

总能量表达式为：

\[\begin{split}E = \\sum_i F(\\rho_i) + \\frac{1}{2} \\sum_{i \\neq j} \\phi(r_{ij})\end{split}\]

其中，\(F(\rho_i)\) 是嵌入能函数，\(\rho_i\) 是原子 \(i\) 处的局部电子密度， \(\\phi(r_{ij})\) 是原子 \(i\) 和 \(j\) 之间的对势函数。

局部电子密度 \(\rho_i\) 由以下公式计算：

\[\begin{split}\\rho_i = \\sum_{j \\neq i} \\psi(r_{ij})\end{split}\]

其中，\(\\psi(r_{ij})\) 是原子 \(j\) 在原子 \(i\) 处产生的电子密度贡献函数。

作用在原子 \(i\) 上的力 \(\\mathbf{F}_i\) 由总能量对原子位置的负梯度给出：

\[\begin{split}\\mathbf{F}_i = -\\nabla_i E = -\\sum_{j \\neq i} \\left[ \\phi'(r_{ij}) + F'(\\rho_i) \\psi'(r_{ij}) + F'(\\rho_j) \\psi'(r_{ji}) \\right] \\frac{\\mathbf{r}_{ij}}{r_{ij}}\end{split}\]
参考文献：

Mendelev, M. I., Srolovitz, D. J., Ackland, G. J., & Asta, M. (2008). Development of new interatomic potentials for the Al-Mg system. Journal of Materials Research, 23(10), 2707-2721.

Classes:

EAMAl1Potential: 铝的EAM势能实现。 EAMCu1Potential: 铜的EAM势能实现。

class thermoelasticsim.potentials.eam.EAMAl1Potential(cutoff=6.5)[源代码]

基类：Potential

铝的嵌入式原子方法 (EAM) 势的实现。

基于 Mendelev et al. (2008) 的参数化。

Args:

cutoff (float, optional): 截断距离，单位为 Å。默认为 6.5。

Methods

calculate_energy(cell[, neighbor_list])

使用EAM势计算系统的总势能。

calculate_forces(cell[, neighbor_list])

使用EAM势计算系统中所有原子的作用力。
参数:

cutoff (float)

__init__(cutoff=6.5)[源代码]
参数:

cutoff (float)

calculate_forces(cell, neighbor_list=None)[源代码]

使用EAM势计算系统中所有原子的作用力。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList, optional): 在此实现中未使用，但为保持接口一致性而保留。

参数:
返回类型:

None

calculate_energy(cell, neighbor_list=None)[源代码]

使用EAM势计算系统的总势能。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList, optional): 在此实现中未使用，但为保持接口一致性而保留。

返回:

float

返回类型:

系统的总势能，单位为 eV。

参数:
class thermoelasticsim.potentials.eam.EAMCu1Potential(cutoff=6.0)[源代码]

基类：Potential

铜的嵌入式原子方法 (EAM) 势的实现。

基于 Mendelev et al. (2008) 的参数化。

Args:

cutoff (float, optional): 截断距离，单位为 Å。默认为 6.0。

Methods

calculate_energy(cell[, neighbor_list])

使用EAM Cu1势计算系统的总势能。

calculate_forces(cell[, neighbor_list])

使用EAM Cu1势计算系统中所有原子的作用力。
参数:

cutoff (float)

__init__(cutoff=6.0)[源代码]
参数:

cutoff (float)

calculate_forces(cell, neighbor_list=None)[源代码]

使用EAM Cu1势计算系统中所有原子的作用力。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList, optional): 在此实现中未使用，但为保持接口一致性而保留。

参数:
返回类型:

None

calculate_energy(cell, neighbor_list=None)[源代码]

使用EAM Cu1势计算系统的总势能。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList, optional): 在此实现中未使用，但为保持接口一致性而保留。

返回:

float

返回类型:

系统的总势能，单位为 eV。

参数:

Lennard-Jones势

ThermoElasticSim - Lennard-Jones 势模块

class thermoelasticsim.potentials.lennard_jones.LennardJonesPotential(epsilon, sigma, cutoff)[源代码]

基类：Potential

Lennard-Jones (LJ) 对势的实现。

LJ势常用于模拟惰性气体原子间的相互作用。

Args:

epsilon (float): 势阱深度，单位为 eV。 sigma (float): 零势能点对应的原子间距，单位为 Å。 cutoff (float): 截断距离，单位为 Å。

Methods

calculate_energy(cell, neighbor_list)

使用LJ势计算系统的总势能。

calculate_forces(cell, neighbor_list)

使用LJ势计算系统中所有原子的作用力。
参数:
__init__(epsilon, sigma, cutoff)[源代码]
参数:
calculate_forces(cell, neighbor_list)[源代码]

使用LJ势计算系统中所有原子的作用力。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList): 预先构建的邻居列表。

参数:
返回类型:

None

calculate_energy(cell, neighbor_list)[源代码]

使用LJ势计算系统的总势能。

Args:

cell (Cell): 包含原子信息的晶胞对象。 neighbor_list (NeighborList): 预先构建的邻居列表。

返回:

float

返回类型:

系统的总势能，单位为 eV。

参数:

Tersoff势

ThermoElasticSim - Tersoff 势模块

class thermoelasticsim.potentials.tersoff.TersoffPotential(parameters, cutoff)[源代码]

基类：Potential

Tersoff 多体势的框架。

这是一个占位符，用于未来实现 Tersoff 势，常用于模拟共价键材料如硅和碳。

Args:

parameters (dict): Tersoff 势的参数。 cutoff (float): 截断距离。

Methods

calculate_energy(cell, neighbor_list)

计算Tersoff势下的能量（尚未实现）。

calculate_forces(cell, neighbor_list)

计算Tersoff势下的力（尚未实现）。
参数:
__init__(parameters, cutoff)[源代码]
参数:
calculate_forces(cell, neighbor_list)[源代码]

计算Tersoff势下的力（尚未实现）。

参数:
返回类型:

None

calculate_energy(cell, neighbor_list)[源代码]

计算Tersoff势下的能量（尚未实现）。

参数:
返回类型:

float

机器学习势（开发中）

ThermoElasticSim - 机器学习势接口模块

class thermoelasticsim.potentials.mlp.MLPotential(model_path, cutoff)[源代码]

基类：Potential

机器学习势 (MLP) 的通用接口框架。

这是一个占位符，旨在为集成各种外部机器学习模型（如PyTorch, TensorFlow, JAX） 或KIM（知识库的原子间模型）提供一个统一的接口。

Args:

model_path (str): 预训练模型的路径。 cutoff (float): 截断距离。

Methods

calculate_energy(cell, neighbor_list)

使用ML势计算能量（尚未实现）。

calculate_forces(cell, neighbor_list)

使用ML势计算力（尚未实现）。
参数:
__init__(model_path, cutoff)[源代码]
参数:
calculate_forces(cell, neighbor_list)[源代码]

使用ML势计算力（尚未实现）。

参数:
返回类型:

None

calculate_energy(cell, neighbor_list)[源代码]

使用ML势计算能量（尚未实现）。

参数:
返回类型:

float