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
Isothermal Langevin dynamics in systems with power-law spatially-dependent friction
本文研究了布朗粒子在一维非均匀介质中的动力学行为，其扩散系数为$D(x)\sim |x|^c$形式。粒子的概率分布函数（PDF）计算解析，通过求解菲克扩散方程，并从欠阻尼朗之万方程的数值模拟。在很大程度上，通过两种方法计算的PDF产生相同的结果，对应于$c<0$的亚扩散和$0<c<1$的超扩散。对于$c>1$，扩散方程预测粒子加速。在这里，我们表明，这种现象，以前考虑在几个作品作为一个说明可能的空间依赖性热噪声的戏剧性影响，是非物理的。我们认为，在等温介质中，运动不能超过弹道极限（$\left\langle x^2\right\rangle \sim t^2$）。当摩擦系数在离原点很远的距离处下降得足够快时，就会达到弹道极限，并且朗之万方程正确地捕捉到了这一点。
2016-06-28 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
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
Langevin Dynamics in Constant Pressure Extended Systems
讨论了在扩展系统中进行朗之万动力学的优点。本文回顾了一个简单的Langevin动力学方案，并将其推广到Hoover系综。我们表明，由此产生的运动方程产生的等压等温系综。然后讨论了Parrinello-Rahman系综，我们表明，尽管存在固有的概率梯度在这个系统中，朗之万动力学方法的样本扩展相空间中的正确的方式。在从头算平面波密度泛函理论（DFT）程序CASTEP [M. D.西格尔，P. L. D. Lindan，M. J. Probert，C. J. Pickard，P. J. Hasnip，S. J. Clarke和M.C. Payne，J. Phys.：Cond.马太福音(11)2717（2003））。
2004-12-28 cond-mat.other 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
Thermodynamic Langevin Equations
本文从广义吉布斯系综出发，利用相互作用熵导出精确的非线性热力学朗之万方程，并以理想气体和胶体粒子为例，揭示了其与随机热力学在非平衡热传递和等温条件上的差异。
2024-09-01 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
Microscopic Derivation of an Isothermal Thermodynamic Transformation
我们得到宏观等温热力学变换的微观哈密顿动力学与热浴接触的时空标度。微观动力学是由一个链的非谐振子受到不同的张力（外力）和接触的热浴是由独立的朗之万动力学作用于每个粒子建模。经过扩散的时空标度和交叉颗粒化，体积的轮廓收敛到确定性扩散方程的解，边界条件由施加的张力给出。这定义了从初始平衡到由所施加的最终张力给出的新平衡的不可逆热力学转变。准静态可逆等温变换，然后得到进一步的时间标度。热量被定义为系统和热浴之间交换的能量的总通量。证明了极限热、功、自由能和热力学熵之间的关系符合热力学第一、第二原理。
2013-10-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Langevin dynamics in inhomogeneous media: Re-examining the Itô-Stratonovich Dilemma
在惯性朗之万方程的框架下，研究了具有空间相关摩擦系数的介质中粒子的扩散动力学。在这个描述中，避免了对随机积分的模糊解释，即所谓的伊藤-斯特拉托诺维奇困境，因为所有的解释都在小时间步长的限制下收敛到同一个解。我们使用一个新开发的方法朗之万模拟测量粒子扩散的概率分布在一个平坦的潜力。我们的结果表明，伊藤和Stratonovich解释收敛非常缓慢的时间步长消失的均匀平衡分布。其他三个约定表现出显着提高的精度：（i）“等温”（Hänggi）公约，（ii）Stratonovich公约修正的漂移项，和（iii）一个新的公约，采用两种不同的有效摩擦系数代表两个不同的平均值的摩擦函数在时间步长。我们认为，物理上最准确的动力学描述是由第三公约，其中粒子经历的漂移起源于耗散，而不是波动项。这一特点是直接相关的事实，漂移是一个惯性效应的结果，不能很好地理解在布朗，过阻尼极限的朗之万方程。
2013-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Critical dynamics of self-gravitating Langevin particles and bacterial populations
本文研究了广义Smoluchowski-Poisson系统（自引力Langevin粒子）和广义Keller-Segel模型（细菌群体的趋化性）的临界动力学。这些模型[Chavanis & Sire，PRE，69，016116（2004）]基于导致Tsallis统计的广义随机过程。平衡态对应于指数为$n$的多变构型，类似于天体物理学中的多变星。在临界折射率$n_{3}=d/(d-2)$（其中$d\ge 2$是空间维度）处，存在临界温度$Θ_{c}$（对于给定质量）或临界质量$M_{c}$（对于给定温度）。对于$Θ>Θ_{c}$或$M<M_{c}$，系统倾向于由盒子限制的不完全多变性（在有界域中）或蒸发（在无界域中）。对于$Θ<Θ_{c}$或$M>M_{c}$，系统在有限时间内坍缩并形成一个狄拉克峰，该峰包含总质量的有限分数$M_c$，并被晕包围。本研究将$d=2$中的Smoluchowski-Poisson系统和Keller-Segel模型的临界动力学推广到$n_{3}\to +\infty$的等温构型。我们还强调之间的类比白矮星的极限质量（Eschrasekhar的限制）和细菌种群的临界质量的广义凯勒-西格尔模型的趋化性。
2009-01-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
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
