Fundamentos de Dinámica Molecular Clásica

Leandro Martínez
Instituto de Quimica, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
http://m3g.iqm.unicamp.br

Esta tutoría contiene las explicaciones para rodar y analizar simulaciones de Dinámica Molecular y Mote-Carlo de un sistema bidimensional simple. El objetivo es que el estudiante entre en contacto con diversos detalles técnicos involucrados en la realización de simulaciones y sus limitaciones.

1.1. Instalación de FundamentosDMC.jl

Instale el interpretador de Julia, usando la herramienta juliaup. La version 1.9 de Julia va a ser instalada.

Tip

Al pulsear ] en el prompt the Julia, accederás al package manager (un prompt azul). Una sequencia como julia> ] add Package no és para copiar y colar.
Todos los otros comandos de esta tutoria pueden ser copiados y colados directamente, incluyendo en prompt de julia>, que es eliminado automaticamente.

Ejecute el interpretador. Vamos a crear un ambiente donde instalaremos los paquetes necesarios:

julia> ] activate @FundamentosDMC

(el ] te llevará al prompt de gerenciamiento de paquetes, "(@v1.9) pkg>", donde debe ser ejecutado el activate ...) Pulsee backspace para volver al prompt julia>.

En seguida, instalamos los paquetes:

julia> ] add https://github.com/m3g/FundamentosDMC.jl, Plots, LsqFit

Este proceso puede tardar un par de minutos, y va a compilar y instalar todos los paquetes en el ambiente @FundamentosDMC.

1.2. Instalación de VMD

Usaremos VMD para visualización de las trayectorias. Certifique-se de tenerlo instalado también.

1.3. Códigos

Julia es un lenguaje de programación de alto desempeño, dinámico, y con sintaxis bastante simple (lea aquí). Todos los códigos de este curso están disponibles en repositorio https://github.com/m3g/FundamentosDMC.jl, y su lectura será estimulada en la medida que avancemos en la ejecución de la tutoría.

Los códigos aquí son razonablemente eficientes para al realización de la tutoría, pero no están optimizados para máximo desempeño, para que su lectura sea más fácil.

1.4. Código completo resumido

Los paquetes pueden ser instalados desde un script, con:

import Pkg
Pkg.activate("FundamentosDMC", shared=true)
Pkg.add(url="https://github.com/m3g/FundamentosDMC.jl")
Pkg.add("Plots")
Pkg.add("LsqFit")

1.5. Interfaz gráfica

Además de ejecutar las simulaciones desde el REPL de Julia, como se describe en esta tutoría, FundamentosDMC.jl ofrece una interfaz gráfica interactiva, construida sobre GLMakie. Puede ser usada para acompañar, en tiempo real, la ejecución de las simulaciones en los diferentes ensembles presentados aquí — la simulación microcanónica (NVE) y las simulaciones NVT con los termostatos isocinético, de Berendsen y de Langevin — además de acompañar simulaciones de Monte Carlo, mostrando el movimiento de las partículas junto con las energías potencial, cinética y total, y la temperatura. Todos los parámetros del sistema y de la simulación pueden ser definidos directamente en la interfaz.

Para usarla, instale y cargue el GLMakie además del FundamentosDMC:

julia> import Pkg; Pkg.add("GLMakie")

julia> using FundamentosDMC

julia> import GLMakie

julia> simulate_gui()