On the centre of mass velocity in molecular dynamics simulations

G.A. Méndez–Maldonado¹, M. González–Melchor², J. Alejandre³ and G.A. Chapela⁴

¹ Facultad de Ciencias Físico–Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Apartado Postal 1152, Puebla, 72570, México.

² Instituto de Física Luis Rivera Terrazas, Benemerita Universidad Autónoma de Puebla, Apartado Postal J–48, Puebla, 72570, México.

³ Departamento de Química, Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, 09340, México D.F., México.

⁴ Departamento de Física, Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, 09340, México D.F., México.

Recibido el 30 de agosto de 2011.
Aceptado el 28 de noviembre de 2011.

Abstract

Molecular dynamics simulations are performed on a fluid at supercritical conditions to analyze the effect that the velocity of centre of mass (VCOM) of the system has on temperature and phase stability. Standard rescaling velocities and Nosé–Hoover chains of thermostats methods are used to carry out simulations on Square Well, Lennard–Jones and Soft Primitive potential models. Removing the VCOM at the beginning or during the simulation is not required for the Nosé–Hoover chain of thermostats to keep the correct temperature of the system, however, it is fundamental to keep null the VCOM when the traditional rescaling velocity scheme is used. It is shown that if the VCOM is removed only at the beginning of the simulation the internal and external temperatures are not the same for very long simulations and the fluid becomes a solid. The temperatures and physical properties obtained using the Nosé–Hoover chain method are the same as those obtained by removing the VCOM during the simulation in the rescaling velocity procedure.

Keywords: Molecular dynamics; scaling velocities; Nosé–Hoover chains; centre of mass velocity.

Resumen

Realizamos simulaciones de dinámica molecular en fluidos a condiciones supercríticas para analizar el efecto que la velocidad del centro de masa (VCM) del sistema tiene sobre la temperatura y la estabilidad de fases. Escalamiento estándar de velocidades y cadenas de Nosé–Hoover son usados como métodos de termostato para realizar simulaciones en modelos de potencial de pozo cuadrado, Lennard–Jones y el modelo primitivo suave. Remover la VCM al inicio o durante la simulación no es requerido para que el termostato de cadenas de Nosé–Hoover mantenga la temperatura correcta del sistema, sin embargo es fundamental mantener nula la VCM cuando se usa el esquema tradicional de escalamiento de velocidades. Se muestra que si la VCM es removida solo al inicio de la simulación las temperaturas interna y externa no son iguales para tiempos de simulación muy grandes y el sistema se solidifica. La temperatura y las propiedades físicas obtenidas usando el método de cadenas de Nosé–Hoover son iguales a aquellas obtenidas usando escalamiento de velocidades donde se remueve la VCM durante la simulación.

PACS: 83.10.Rs; 61.20.Ja; 78.30.cd

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Acknowledgments

G.A.M.M. and M.G.M. acknowledge financial support from CONACyT (Project 129034), VIEP–BUAP (GOMMEXC10–I), PROMEP/103.5/07/2594 and CA Física Computacional de la Materia Condensada. JA and GAC thank Conacyt (Project 81667) for financial support and to Laboratorio de Supercomputo for allocation time.

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