nearly finished tersoff potential ...
[physik/posic.git] / moldyn.h
index 3016bc4..9c63307 100644 (file)
--- a/moldyn.h
+++ b/moldyn.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 listfd;
-       int nx,ny,nz;
-       int cells;
-       double x,y,z;
-       t_list *subcell;
+       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 {
-       /* atoms, amount, dimensions */
-       int count;
-       t_atom *atom;
-       t_3dvec dim;
-       /* potential, force & parameters */
-       int (*potential_force_function)(struct s_moldyn *moldyn);
-       void *pot_params;
-       /* cut off radius */
-       double cutoff;
-       double cutoff_square;
-       /* linked list / cell method */
-       t_linkcell lc;
-       /* temperature */
-       double t;
-       /* integration of newtons equations */
+
+       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;
-       double tau;
-       double tau_square;
-       /* energy */
-       double energy;
-       /* logging & visualization */
-       t_visual vis;
-       unsigned char lvstat;
-       unsigned int ewrite;
-       char efb[64];
-       int efd;
-       unsigned int mwrite;
-       char mfb[64];
-       int mfd;
-       unsigned int swrite;
-       char sfb[64];
-       int sfd;
-       unsigned int dwrite;
-       char dfb[64];
-       int dfd;
-       unsigned int vwrite;
-       char vfb[64];
-       void *visual;
-       /* moldyn general status */
-       unsigned char status;
-       /* random */
-       t_random random;
+       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;
@@ -89,33 +122,77 @@ typedef struct s_lj_params {
        double epsilon4;
 } t_lj_params;
 
+/* tersoff exchange structure to exchange 2bp and 3bp calculated values */
+
+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;
+
+       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_LVSTAT_TOTAL_E          0x01
-#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_M          0x02
-#define MOLDYN_LVSTAT_SAVE             0x04
-#define MOLDYN_LVSTAT_DUMP             0x08
-#define MOLDYN_LVSTAT_VISUAL           0x10
-#define MOLDYN_LVSTAT_INITIALIZED      0x80
-
-#define MOLDYN_STAT_POTENTIAL          0x01
-#define MOLDYN_STAT_FORCE              0x02
-
 #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_INTEGRATE_DEFAULT       MOLDYN_INTEGRATE_VERLET
 
 #define MOLDYN_POTENTIAL_HO            0x00
 #define MOLDYN_POTENTIAL_LJ            0x01
-#define MOLDYN_POTENTIAL_DEFAULT MOLDYN_POTENTIAL_LJ
+#define MOLDYN_POTENTIAL_DEFAULT       MOLDYN_POTENTIAL_LJ
 
 /* phsical values */
 
@@ -131,7 +208,7 @@ typedef struct s_lj_params {
 #define SI                     0x0e
 #define LC_SI                  0.543105e-9                             /* m */
 #define M_SI                   (28.085*AMU)                            /* kg */
-#define LJ_SIGMA_SI            ((0.20*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
+#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 */
@@ -142,7 +219,7 @@ 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(unsigned char type,int element,double mass,double lc,
+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);