A Boltzmann generator for the isobaric-isothermal ensemble
本文提出一种用于等温-等压系综的新型玻尔兹曼生成器，可对不同压力下的平衡态及压力驱动的相变进行采样，生成的样本与分子动力学模拟结果一致，并能估计吉布斯自由能。
2023-05-15 cond-mat.stat-mech
Estimating Gibbs free energies via isobaric-isothermal flows
DeepMind（深度思维）
提出基于归一化流的NPT-flow模型，从等压-等温系综采样，直接估计吉布斯自由能，在单原子水的立方和六方冰相中验证了与基线极好的一致性。
2023-09-06 cond-mat.stat-mech cs.LG physics.comp-ph
Isothermal-isobaric molecular dynamics using stochastic velocity rescaling
作者提出了一种新的分子动力学算法的等温等压系综采样。在这种方法中，所有粒子的速度和体积自由度通过适当选择的随机因子重新缩放。详细讨论了有关积分方案和守恒律推导的技术问题。在三相点附近的Lennard-Jones固体和液体中检验了恒压器的效率，并与确定性Nosé-Hoover方法和随机Langevin方法进行了比较。特别是，采样效率的恒温器和稳压器的弛豫时间的选择上的依赖关系进行了系统的分析。
2009-01-07 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Two-dimensional simulated tempering for the isobaric-isothermal ensemble with fast on-the-fly weight determination
我们提出了一种方法来扩展的快速飞行重量测定方案模拟回火到二维空间，不仅包括温度，而且压力。在模拟回火仿真过程中，根据梯形法则，温度更新和压力更新的权重参数独立地进行自更新。为了测试该算法的有效性，我们将我们提出的方法应用于显式水中的肽类物质，chignolin。在将所有权重参数设置为零之后，在仿真期间快速确定权重参数。模拟实现了在整个温度-压力空间中的均匀随机行走。
2020-09-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
An Efficient Integrator Scheme for Sampling the (Quantum) Isobaric-Isothermal Ensemble in (Path Integral) Molecular Dynamics Simulations
本文提出一种统一的中点积分器方案，可同时采样构型与体积分布，用于经典和量子等压-等温系综的高效模拟，在不增加计算代价下将时间步长提升5到10倍并保持相同精度。
2025-04-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Monte Carlo Simulations in Multibaric-Multithermal Ensemble
我们提出了一种新的广义系综算法，我们称之为多baric-multithermal蒙特卡罗方法。多重多热蒙特卡罗模拟在体空间和势能空间都进行了广泛的随机游动。只需一次模拟，就可以计算出任何压力和温度下的等压等温系综平均值。我们测试了该算法的有效性，将其应用到Lennard-Jones 12-6势系统与500个粒子。结果发现，一个单一的模拟的新方法确实给出了准确的平均量在等压等温系综的压力和温度范围很广。
2003-06-05 cond-mat.stat-mech
A class of energy based ensembles in Tsallis statistics
对基于能量的系综类进行了全面的研究。八个合奏分为两个主要类。在等温系综类中，各个成员处于相同的温度。一个统一的框架来描述四个等温系综。这样的描述在第二和第三约束形式主义中提供。通过对经典非相对论和极端相对论理想气体模型的研究，阐明了等温等压、巨正则和广义系综。在绝热系综类中，系综的各个成员具有相同的热函数值，并给出了描述这四个系综的统一形式。在等压-等压系综、具有数涨落的绝热系综和具有数涨落和粒子涨落的绝热系综中研究了非相对论性和极端相对论性理想气体。
2011-02-07 cond-mat.stat-mech
Enabling Large-Scale Condensed-Phase Hybrid Density Functional Theory Based $Ab$ $Initio$ Molecular Dynamics II: Extensions to the Isobaric-Isoenthalpic and Isobaric-Isothermal Ensembles
在本系列的前一篇论文中[JCTC 2020，16，3757]，我们提出了一个基于占用空间的局部表示的理论和算法框架，该框架利用了有限间隙系统中EXX相互作用的实空间评估中的固有稀疏性。这是伴随着一个详细的描述exx，大规模并行混合MPI/OpenMP实现这种方法在量子ESTERO，使线性缩放混合DFT基于AIMD的NVE/NVT系综的凝聚相系统包含500- 1000个原子（在固定的正交细胞）与壁时间成本可比半本地DFT。在这项工作中，我们扩展exx，使混合DFT为基础的AIMD的大规模凝聚相系统与一般和波动的细胞在NpH/NpT合奏。我们的理论扩展包括一个分析推导的EXX贡献的应力张量的系统在一般的细胞与计算复杂性，系统的大小线性缩放。对exx的相应算法扩展包括优化的例程：（i）处理具有非正交晶格对称性的静态/波动单元，（ii）通过自动选择离散拉普拉斯算子的Natan-Kronik表示中的辅助网格方向来求解一般单元中的泊松方程，以及（iii）评估ESX对应力张量的贡献。我们还严格评估的计算性能的扩展exx模块在几个不同的HPC架构通过冰Ih，II和III以及周围的液态水的案例研究。我们发现，扩展的exx可以评估ESX对应力张量的贡献，成本可以忽略不计（< 1%），并且保持高度可扩展性，从而使我们更接近于在广泛的热力学条件下对大规模凝聚相系统常规执行基于混合DFT的AIMD。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Entropy determination for mixtures in the adiabatic grand-isobaric ensemble
自统计力学出现以来，两种流体混合时的熵变一直是一个有趣的话题。在这项工作中，我们推广的大等压系综的混合物，并开发了一个Monte Carlo算法在这些系统中的熵的快速测定。绝热系综的一个关键优势是它们提供了与熵的直接联系。在这里，我们展示了如何在绝热大等压$(μ_{\text{A}}$，$μ_{\text{B}}, P, R)$系综中容易地获得二元混合物A-B的熵，其中$μ_{\text{A}}$和$μ_{\text{B}}$分别表示组分A和B的化学势，$P$是压力，$R$是热（射线）函数，对应于系统的总能量。这反过来又允许评估混合熵以及混合吉布斯自由能。我们还表明，我们的方法表现得非常好的系统建模与简单的潜力和复杂的多体力场。最后，这种方法提供了一个直接的路线，以确定混合的热力学性质，并允许有效地检测偏离理想的混合物的行为。
2023-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The central role of entropy in adiabatic ensembles and its application to phase transitions in the grand-isobaric adiabatic ensemble
熵已经成为描述、理解甚至指导组装、自组织和相变过程的核心。在这项工作中，我们建立在类似的作用，配分函数（或自由能）在等温系综和熵在绝热系综。特别是，我们表明，大等压绝热$(μ,P,R)$合奏，或射线合奏，提供了一个直接的路线来确定熵。这使我们能够跟踪熵随热力学条件的变化，从而探索相变。我们测试这种方法进行蒙特卡罗模拟氩和铜在体相和相边界，并评估该方法的可靠性和准确性，通过比较从平面直方图模拟等温合奏的结果和实验数据。该方法的优点是多方面的，包括直接确定的$μ-P$关系，没有任何评估的压力通过维里表达式，精确控制系统的大小和原子的数量通过输入值的$R$，和简单的计算焓差的等熵过程，这是关键量，以确定热力学循环的效率。这些模拟带来的一个新的见解是两个系统沿过渡所表现出的高度对称的模式，如标度温度熵和压力熵图所示。
2020-07-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Configurational and energy landscape in one-dimensional Coulomb systems
我们研究了一个一维库仑体系，其中两个带电胶体被一组点抗衡离子中和，具有整体中性。温度给定，两种情况下解决：胶体保持在固定的位置（正则系综），或对胶体的作用力是固定的（等压等温系综）。为了确定反离子的最佳排列方式，精确地计算出了相应的配分函数：在胶体之间的限制段中应该有多少个反离子？对于外部的剩余离子，是否存在左/右对称性击穿？我们的证据级联的过渡，作为系统的大小是不同的规范治疗，或作为压力增加的等压制剂。
2016-11-25 cond-mat.stat-mech
Volume analysis of supercooled water under high pressure
基于高压下过冷水密度的实验结果[O. Mishima，J.Chem.Phys.133，144503（2010）]，我们在等温-等压系综中进行了本体水的原子分子动力学模拟研究。在不同的等压线和等温压缩在不同的温度下的冷却和加热循环进行的压力范围从0到1.0 GPa的水样品。冷却模拟是在40 K至380 K的温度范围内使用两种不同的冷却速率（10 K/ns和10 K/5 ns）进行的。对于加热模拟，我们使用最慢的加热速率（10 K/5 ns），通过应用相同范围的等压线。我们的分析的体积的散装水样品的温度在不同的压力从等压冷却/加热和等温压缩循环的变化表明一个凹向下的曲率在高压下，与乳化水的实验是一致的。特别地，在180 K和220 K之间观察到强烈的下凹曲率。低于玻璃化转变温度（1GPa时约为180 K），体积变成向上凹的曲率。在低于180 K的温度下，甚至在系统运行额外的微秒之后，也没有观察到过冷液体状态的结晶。
2018-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Caloric curve for nuclear liquid-gas phase transition in relativistic mean-field hadronic model
利用相对论平均场强子模型的势能及其一阶导数方法，在等压系综、正则系综和巨正则系综下研究了相对论平均场强子模型一级相变的主要物理性质.证明了RMF模型的一级相变是与吉布斯自由能$G$有关的液-气型相变。势函数$G$是分段光滑函数，它对状态变量的一阶偏导数是分段连续函数。我们发现，在等压和巨正则系综中，在压力和化学势分别为固定值时，热量曲线中的能量是不连续的，而在正则和微正则系综中，在重子密度为固定值时，热量曲线中的能量是连续的，即没有平台，而在温度一定时，等温线中的重子密度在等压系综和正则系综中是不连续的。确定了正则系综中核液-气相变的一般判据。
2012-03-15 cond-mat.stat-mech hep-ph nucl-th
Exact solution for core-collapsed isothermal star clusters
从热力学的观点研究了等温球中的星团。提出了新的密度分布，描述了在低温下的崩溃阶段。在过渡时形成了一组双星，携带了13%的引力能，同时也产生了巨大的潜热。双星的总能量由热力学决定。在正则系综中，所有比热都是正的，而前面讨论过的负比热解是亚稳态的。在微正则系综中，后者仍然部分占主导地位。
1999-08-17 astro-ph cond-mat.stat-mech
Optimized Constant Pressure Stochastic Dynamics
最近提出的一种方法，用于计算机模拟的等温等压（NPT）系综，基于Langevin型运动方程的粒子坐标和“活塞”的自由度，是重新推导出直接应用的标准Kramers-Moyal形式主义。一个集成计划的开发，减少到一个时间可逆的辛积分器的极限摩擦消失。因此，该算法预计对于小摩擦是相当稳定的，允许大的时间步长。我们讨论了参数的最佳选择，并给出了一些数值试验结果。
1999-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Complete scaling makes differences along the critical isobar: Molecular dynamics simulations of Lennard-Jones fluid with finite-time scaling
我们发现，沿临界等压线，完整的缩放结果在一个独特的领先标度定性不同的简单和修订的标度所产生的。这一点被结合了完全标度和有限时间标度的完全场有限时间标度理论所证实，并将其应用于线性加热或冷却的等压等温系综中三维单组分Lennard-Jones流体汽液临界点的分子动力学模拟。静态和动态临界指数以及临界参数都可以在没有通用类的\emph{a priori}知识的情况下估计。结果与现有的值一致，从而表明，即使对于不对称性被认为是弱的LJ流体，沿着临界等压线的主导渐近行为的完全标度的必要性。
2015-08-14 cond-mat.stat-mech
Ergodic Isoenergetic Molecular Dynamics for Microcanonical-Ensemble Averages
相当多的研究已经导致遍历等温动力学，它可以复制吉布斯的正则分布的简单（小）的动力学问题。在哈密顿运动方程中加入一个或两个恒温器力，可以给谐振子、四次振子甚至“墨西哥帽”（双阱）势问题提供遍历等温动力学。在这里，我们考虑一个时间可逆的动力学方法吉布斯的“微正则”（等能量）分布的简单系统。为了实现等能遍历性，我们在速度上加上偶然的随机旋转。这个概念准确地保存了能量，并且可以用遍历动力学来覆盖整个能量壳层。我们完全避免了庞加莱截面孔和典型的哈密顿混沌岛链。我们说明这个想法最简单的可能的二维例子，一个单一的粒子在一个周期性的正方形点阵阵列的散射体，“细胞模型”。
2018-07-13 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Gravitational instability of finite isothermal spheres
本文用数值方法研究了正则系综中有界自引力系统的稳定性。我们的研究扩展了Padmanabhan [Astrophys. J. Supp. 71，651（1989）]中的微正则系综。通过研究自由能的二阶变分，我们发现不稳定性恰好发生在最低温度点，这与Katz [Mon.没有R. 183，765（1978）]。在这一点上引起不稳定性的扰动是明确计算的;它没有一个"核心晕"结构，这与微正则系综中发生的情况相反。我们还研究了由纳维-斯托克斯方程描述的等温气体球的Jeans型引力不稳定性。我们用解析方法证明了动力学稳定性与粘性稳定性的等价性，以及等温气体球的稳定性与粘性无关的事实。这证实了Semelin等人[astro-ph/9908073]使用数值方法的发现。我们也给出了一个更简单的推导几何层次的尺度诱导不稳定性发现这些作者。触发这些不稳定性的密度分布计算分析，他们提出越来越多的振荡，也遵循几何级数。这表明，该系统将分裂成一系列的"团块"，而这些"团块"本身将分裂成亚结构。导致不稳定性的域尺寸和盒内的"团块"尺寸都遵循具有相同比率的几何级数，这一事实表明了类似分形的行为。这进一步支持了de Vega等人[Nature，383，56（1996）]的解释。
2001-07-17 astro-ph cond-mat.stat-mech nlin.CD
Thermo-Statistical description of the Hamiltonian non extensive systems: The reparametrization invariance
在本文中，我们继续我们的反思的基础上的热统计描述的所谓的哈密顿非广延系统（见cond-mat/0604290）。在回顾了自相似性概念和系综等价的必要条件之后，我们引入了微正则描述的重新参数化不变性作为与该系综的动力学起源相关的内部对称性。讨论了基于这种对称性发展热力学形式主义的几何公式的可能性，并由此对基于玻尔兹曼熵的相变分类进行了修正。这些概念的相关性进行了分析，考虑所谓的安东诺夫等温模型。
2006-04-11 cond-mat.stat-mech
Solid-liquid coexistence of polydisperse fluids via simulation
我们描述了一种模拟方法，在实验相关的固定多分散性条件下，精确研究多分散流体的平衡冻结性质。该方法基于Wilding和Bruce [Phys. Rev. Lett. { \bf 85}，5138（2000）]。这我们已经推广到处理粒度多分散性，通过纳入更新，改变一个粒子的直径$σ$，化学电势差$\tildeμ(σ)$的分布的控制下。在得到的等压半巨正则系综，我们详细介绍了如何适应$\tildeμ(σ)$和施加的压力，如研究共存，同时确保系综平均密度分布$ρ(σ)$匹配一个固定的功能形式。结果提出的软球的固-液转变的多分散性的小程度的影响。
2008-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Solid helium at high pressure: A path-integral Monte Carlo simulation
用路径积分蒙特卡罗方法研究了hcp和fcc相的固体氦（~ 3 He和~ 4 He）。模拟进行了等温等压（NPT）合奏在压力高达52 GPa。这使得人们可以研究同位素效应对晶体体积和振动能在很宽的参数范围内的温度和压力的依赖性。所得到的室温状态方程与实验数据符合较好。发现固态氦的动能E_k大于振动势能E_p，在低压下E_k/E_p约为1.4，随压力的增加而减小，并趋于1，与谐波固体一样。这些模拟的结果进行了比较与以前的NVT合奏路径积分模拟所产生的。较早的近似的有效范围进行了讨论。
2006-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Constant Pressure Hybrid Molecular Dynamics-Monte Carlo Simulations
提出了一种新的混合分子动力学-蒙特卡罗方法，以提高恒压模拟的效率。被认为是等压分子动力学组件的算法的两个变化。首先，我们使用Andersen [H. C. Andersen J. Chem. Phys. { \bf 72}，2384（1980）]。第二部分，我们基于弱耦合恒压器的可逆推广，得到了一种新的定压蒙特卡罗方法[H。J. C. Berendsen et.等人J. Chem. Phys. { \bf 81}，3684（1984）]。后一种技术在平衡和保持目标压力方面非常有效。它优于扩展集成方法，而扩展集成方法又优于简单的体积缩放算法。所提出的方法的效率证明通过研究两个系统。第一种是简单的Lennard-Jones流体。第二种是200个单体的聚乙烯链的混合物。
2001-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Magnetocaloric properties of V6 molecular magnet
本文从理论上研究了含6个钒离子的多钒酸盐分子磁体V6的磁热性质，其中钒离子带有量子自旋$S = 1/2$。这种结构的特点是存在两个弱相互作用的自旋三角形与全反铁磁耦合。该系统的属性描述使用精确的数值对角化方法应用于量子海森堡模型，并利用场系综形式主义。计算并讨论了磁熵和磁比热随温度和外加磁场的变化关系。磁热性能通过等温熵变和熵对磁场的导数来量化。一个有趣的行为的等温熵变的发现，具有高度的可调性的磁热效应与初始和最终的磁场值。
2019-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
