finished basic tersoff stuff, now start fixing ... !
[physik/posic.git] / moldyn.h
index d72ac16..0a6b4f2 100644 (file)
--- a/moldyn.h
+++ b/moldyn.h
 #define MOLDYN_H
 
 #include "math/math.h"
+#include "random/random.h"
+#include "list/list.h"
+
 
 /* datatypes */
 
+typedef unsigned char u8;
+
+/* the atom of the md simulation */
+
 typedef struct s_atom {
-       t_3dvec r;      /* positions */
-       t_3dvec v;      /* velocities */
-       t_3dvec f;      /* forces */
-       int element;    /* number of element in pse */
-       double mass;    /* atom mass */
+       t_3dvec r;              /* position */
+       t_3dvec v;              /* velocity */
+       t_3dvec f;              /* force */
+       int element;            /* number of element in pse */
+       double mass;            /* atom mass */
+       u8 bnum;                /* brand number */
+       u8 attr;                /* attributes */
 } t_atom;
 
+#define ATOM_ATTR_FP   0x01    /* fixed position (bulk material) */
+#define ATOM_ATTR_HB   0x02    /* coupled to heat bath (velocity scaling) */
+
+#define ATOM_ATTR_1BP  0x10    /* single paricle potential */
+#define ATOM_ATTR_2BP  0x20    /* pair potential */
+#define ATOM_ATTR_3BP  0x40    /* 3 body potential */ 
+
+/* cell lists */
+
+typedef struct s_linkcell {
+       int nx,ny,nz;           /* amount of cells in x, y and z direction */
+       int cells;              /* total amount of cells */
+       double len;             /* prefered cell edge length */
+       double x,y,z;           /* the actual cell lengthes */
+       t_list *subcell;        /* pointer to the cell lists */
+       int dnlc;               /* direct neighbour lists counter */
+       int countn;             /* amount of neighbours */
+} t_linkcell;
+
+#include "visual/visual.h"
+
+# moldyn structure */
+
+typedef struct s_moldyn {
+
+       int count;              /* total amount of atoms */
+       t_atom *atom;           /* pointer to the atoms */
+
+       t_3dvec dim;            /* dimensions of the simulation volume */
+
+       /* potential force function and parameter pointers */
+       int (*pf_func1b)(struct s_moldyn *,t_atom *);
+       void *pot1b_params;
+       int (*pf_func2b)(struct s_moldyn *,t_atom *,t_atom *);
+       void *pot2b_params;
+       int (*pf_func3b)(struct s_moldyn *,t_atom *,t_atom *,t_atom *);
+       void *pot3b_params;
+       //int (*potential_force_function)(struct s_moldyn *moldyn);
+
+       double cutoff;          /* cutoff radius */
+       double cutoff_square;   /* square of the cutoff radius */
+
+       t_linkcell lc;          /* linked cell method */
+
+       double t;               /* temperature */
+
+       /* integration function pointer */
+       int (*integrate)(struct s_moldyn *moldyn);
+       int time_steps;         /* amount of iterations */
+       double tau;             /* delta t */
+       double tau_square;      /* delta t squared */
+
+       double energy;          /* energy */
+
+       t_visual vis;           /* visualization/log/save interface structure */
+       u8 lvstat;      /* log & vis properties */
+       unsigned int ewrite;    /* how often to log energy */
+       char efb[64];           /* energy log filename */
+       int efd;                /* fd for energy log */
+       unsigned int mwrite;    /* how often to log momentum */
+       char mfb[64];           /* momentum log filename */
+       int mfd;                /* fd for momentum log */
+       unsigned int vwrite;    /* how often to visualize atom information */
+       char vfb[64];           /* visualization file name base */
+       void *visual;           /* pointer (hack!) */
+       unsigned int swrite;    /* how often to create a save file */
+
+       u8 status;      /* general moldyn properties */
+
+       t_random random;        /* random interface */
+} t_moldyn;
+
+#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_E          0x01
+#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_M          0x02
+#define MOLDYN_LVSTAT_SAVE             0x04
+#define MOLDYN_LVSTAT_VISUAL           0x08
+#define MOLDYN_LVSTAT_INITIALIZED      0x10
+
+#define MOLDYN_STAT_PBX                        0x08    /* periodic boudaries in x */
+#define MOLDYN_STAT_PBY                        0x10    /* y */
+#define MOLDYN_STAT_PBZ                        0x20    /* and z direction */
+
+typedef struct s_ho_params {
+       double spring_constant;
+       double equilibrium_distance;
+} t_ho_params;
+
+typedef struct s_lj_params {
+       double sigma6;
+       double sigma12;
+       double epsilon4;
+} t_lj_params;
+
+/* tersoff exchange structure to exchange 2bp and 3bp calculated values */
 
-/* defines */
+typedef struct s_tersoff_exchange {
+       double f_c,df_c;
+
+       t_3dvec dist_ij;
+       double d_ij;
+       double d_ij2;
+
+       double chi;
+
+       double *B;
+       double *mu;
+
+       double *beta;
+       double *n;
+       double *c;
+       double *d;
+       double *h;
+
+       double c2;
+       double d2;
+       double c2d2;
+       double betan;
+
+       u8 run3bp;
+} t_tersoff_exchange;
+
+/* tersoff multi (2!) potential parameters */
+
+typedef struct s_tersoff_mult_params {
+       double S[2];            /* tersoff cutoff radii */
+       double R[2];            /* tersoff cutoff radii */
+       double Smixed;          /* mixed S radius */
+       double Rmixed;          /* mixed R radius */
+       double A[2];            /* factor of tersoff attractive part */
+       double B[2];            /* factor of tersoff repulsive part */
+       double Amixed;          /* mixed A factor */
+       double Bmixed;          /* mixed B factor */
+       double lambda[2];       /* tersoff lambda */
+       double lambda_m;        /* mixed lambda */
+       double mu[2];           /* tersoff mu */
+       double mu_m;            /* mixed mu */
+
+       double chi;
+
+       double beta[2];
+       double n[2];
+       double c[2];
+       double d[2];
+       double h[2];
+
+       t_tersoff_exchange exchange;    /* exchange between 2bp and 3bp calc */
+} t_tersoff_params;
+
+/*
+ *  defines
+ */
+
+/* general defines */
+
+#define MOLDYN_TEMP                    273.0
+#define MOLDYN_TAU                     1.0e-15
+#define MOLDYN_CUTOFF                  10.0e-9
+#define MOLDYN_RUNS                    1000000
+
+#define MOLDYN_INTEGRATE_VERLET                0x00
+#define MOLDYN_INTEGRATE_DEFAULT       MOLDYN_INTEGRATE_VERLET
+
+#define MOLDYN_POTENTIAL_HO            0x00
+#define MOLDYN_POTENTIAL_LJ            0x01
+#define MOLDYN_POTENTIAL_DEFAULT       MOLDYN_POTENTIAL_LJ
+
+/* phsical values */
+
+#define K_BOLTZMANN            1.3807e-27                      /* Nm/K */
+#define AMU                    1.660540e-27                    /* kg */
 
 #define FCC                    0x01
 #define DIAMOND                        0x02
 
 #define C                      0x06
-#define M_C                    6.0
+#define M_C                    (12.011*AMU)
 
-#define Si                     0x0e
-#define M_SI                   14.0
-#define LC_SI                  5.43105
+#define SI                     0x0e
+#define LC_SI                  0.543105e-9                             /* m */
+#define M_SI                   (28.085*AMU)                            /* kg */
+#define LJ_SIGMA_SI            ((0.25*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
+#define LJ_EPSILON_SI          (2.1678*1.60e-19)                       /* Nm */
 
 /* function prototypes */
 
-int create_lattice(unsigned char type,int element,double mass,double lc,
-                   t_3dvec *dim,t_atom **atom);
+int moldyn_usage(char **argv);
+int moldyn_parse_argv(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
+int moldyn_log_init(t_moldyn *moldyn);
+int moldyn_init(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
+int moldyn_shutdown(t_moldyn *moldyn);
+
+int create_lattice(u8 type,int element,double mass,double lc,
+                   int a,int b,int c,t_atom **atom);
+int destroy_lattice(t_atom *atom);
+int thermal_init(t_moldyn *moldyn);
+int scale_velocity(t_moldyn *moldyn);
+double get_e_kin(t_atom *atom,int count);
+double get_e_pot(t_moldyn *moldyn);
+double get_total_energy(t_moldyn *moldyn);
+t_3dvec get_total_p(t_atom *atom,int count);
+
+double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist,double t);
+
+int link_cell_init(t_moldyn *moldyn);
+int link_cell_update(t_moldyn *moldyn);
+int link_cell_neighbour_index(t_moldyn *moldyn,int i,int j,int k,t_list *cell);
+int link_cell_shutdown(t_moldyn *moldyn);
+
+int moldyn_integrate(t_moldyn *moldyn);
+int velocity_verlet(t_moldyn *moldyn);
+
+int harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
+int lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 
 #endif