2.13 Function of TACCELE(TACCELEの機能)

It is a flag which specify to accelerate when a simulation which accelerates two molecules among an axis and makes them bombard is performed. This flag TACCELE is read in an input file cpv05.in. If it is .true.., necessary data are read from data accele.datby a subroutine init1. At this time, acceleration VELMAX and constant acceleration ACC0 are calculated. Because the size of directional vectors of acceleration of atoms are orthogonized after inputting, you don't have to care them. The input example is as follows(you must rewrite a part of accele.dat in sample.dat.sh. The below first example shows in case of iron dimers which are accelerated to the velocity od 300K on (111)direction by 400 steps. The below second example is an example which a formaldehyde CH$_{2}$O and an isolated (radical) OH molecule are made to crash along $z$-axis.)

二つの分子をある軸に沿って加速させて衝突させるシミュレーションを 行うとき、加速させることを指示するフラグである。 フラグTACCELEを入力ファイルcpv05.inで読み込んで、 フラグが.true.の時には、ファイルaccele.datから必要なデータを サブルーチンinit1で読み込む。このとき加速する速度の大きさVELMAXと 等加速度の大きさACC0の値を計算する。 原子の加速度の方向ベクトルの大きさは、入力後規格化されるので気にする 必要はない。 入力例は、以下のようである。 (sample.dat.shファイルのaccele.datの部分を書き換える。 下記の第1例では、400ステップで鉄ダイマーが300Kの速度に(111)方向に 加速する場合の数値を示した。 第2例では、ホルムアルデヒドCH$_{2}$Oと孤立(ラジカル)OH分子が$z$軸に 沿って衝突させる例である。)

First example(第１例)
  400 300.                      NACCELE,TEMPAC
  1.0 1.0 1.0                   ACCVEC(I,1,1)
  1  4                                   IS,NA
  1
  1
 -1
 -1

Second example(第２例)
  100 300.                      NACCELE,TEMPAC
  0.0 0.0 1.0                   ACCVEC(I,1,1)
  1  1                          IS,NA        <---- Carbon atom(炭素原子)
  1                             IACC(I,1,1)
  2  3                          IS,NA        <---- Hydrogen atom(水素原子)
  1
  1
 -1
  3  2                          IS,NA        <---- Oxygen atom(酸素原子)
  1
 -1

In order to set a temperature which comes from the degree of freedom of translation of a molecule which is made to crash at $k$ pieces of step to $T$, you should assign crash energy $E_{\rm coli}=\frac{1}{2} g k_{\rm B} T$(g=6). Velocity VELMAX and acceleration ACC0 of the accelerated 1st atom are calculated as follows.

kステップ目で衝突させる分子の並進の自由度から来る温度が$T$になるように するには、 衝突エネルギー $E_{\rm coli}=\frac{1}{2} g k_{\rm B} T$(g=6) とすると、加速後の第1分子の速度VELMAXと加速度ACC0を

$${\rm VELMAX} = \frac{1}{M_{1}} \sqrt{\frac{2 M_{1} M_{2}}{M_{1} + M_{2}} E_{\rm coli}} [{\rm a.u}]$$ (11)

$${\rm ACC0} = \frac{{\rm VELMAX}} {k \times \Delta t[{\rm a.u}]} [{\rm a.u}]$$ (12)

Here, $M_{1}$ and $M_{2}$ are mass of the two accelerating molecules. VELMAX and ACC0 are output to the standard output file. The factor of 3 in VELMAX is a factor which comes from the degree of freedom of translation of the molecule is 3. You must care that the temperature configured here is different from one obtained from the output of MD because the temperature conversion is usually performed to the latter one with supposing the degree of freedom of 3$N$($N$ is a number of atoms). If this flag is .true., the motion with constant acceleration ACC0 is started form the first step of MD. IACC is a value which assigns positive or negative direction to the direction ACCVEC(I,1,1) of the vector which the direction of acceleration of each atom is given as top direction (You should assign the molecule contained in the first atom of the first kind to 1 and a molecule contained in the second molecule to -1). If the magnitude of the velocit of the former exceeds VELMAX, the acceleration is set into 0 and th acceleration of the molecule is terminated.

と計算する。ここで、$M_{1}$と$M_{2}$は加速する2つの分子の質量である。 VELMAXとACC0は、標準出力ファイルへ出力される。 VELMAX中の3の因子は、分子の並進の自由度が3であることから来る因子 である。ここで設定した温度が、MDの出力で得られる温度とは異なることに 注意する必要がある。MDの出力で得られる温度は、通常、 3$N$($N$は原子数)の自由度を想定して温度換算を行っているからである。 フラグが.true.の時には、最初のMDステップから等加速度ACC0の 運動が開始される。IACCは、各原子の加速向きを上で与えたベクトルの 方向ACCVEC(I,1,1)に対して正または負の向きを指示する値である。 (第1番目の種類の第1番目の原子が含まれる分子(第1分子)を1として、 第2分子に含まれる原子を-1にしておく。) 第1番目の種類の第1番目の原子の加速度方向の速度の大きさが、VELMAXを 越えると加速度は、ゼロとされ分子の加速が終了する。