MATLAB随机产生原子结构

在计算材料学中极少的情况下，我们可能会需要随机产生一个模拟盒子内的原子结构，一般用于测试。

这样说，其实只要rand一个数组就可以了，但是我们又希望这个结构又能够大致满足一些物理上的限制，而不是纯粹数学上的随机，比如原子间距要比较合适。

这里提供的程序就是考虑了原子间距，而产生随机结构的。

function randStructure(numAtom,boxlength,dmin,dmax)
% Geanerate a structure randomly with the distance in specified range
%
% randStructure(numAtom,boxlength,dmin,dmax)
%   numAtom: number of atoms in the structure.
%   boxlength: length of the simulation box
%   dmin: minimum of the distance between two atoms
%   dmax: [optional] maximum of the distance between two atoms
%
% Recommendation:
%	It's better to set dmax equaling to boxlength.
%
% Example:
%   randStructure(10,4,2,5)
%
% Email: xianbao.d # gmail.com
% Website: http://www.52souji.net/
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% log:
% 2012-12-10: Complete
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

if nargin == 3
	dmax = boxlength;
end

%function randStructure()
%numAtom = input('Number of atoms:');
%boxlength = input('Scale factor:');
%dmin = input('minimum of the distance between two atoms:');
%dmax = input('maximum of the distance between two atoms:');

coord = rand(1,3)*boxlength;        % the 1st atoms
n = 1;                              % number of atoms
while n < numAtom
   tcoord = rand(1,3)*boxlength;
   nlen = size(coord,1);
   counter = 0;
   for i=1:nlen
       tdist = norm(coord(i,:)-tcoord);
       if tdist >= dmin && tdist <= dmax
           counter = counter + 1;
       end
   end
   if counter == nlen
       coord(end+1,:) = tcoord;
       n = n + 1;
   end
end
coord/boxlength

关于以上程序，有几点是需要特别说明的：

• 这里模拟的盒子为正交，并且各轴长度相等的。
• 如果第四个参数，即dmax不输入，默认赋boxlength。
• 最后一行将坐标转换成了分数坐标。如果需要绝对坐标，不除以boxlength就可以了。
• 在有些情况下，程序似乎不能结束。这是因为第一个原子的位置产生的不太好，使得在一个有限的盒子内，无法产生距离满足要求的其他原子。这时可以把程序终止掉，重新运行。如果这样做几次仍然不行，就要考虑是不是参数设置有问题，比如盒子太小，或者原子间距离太大。