Lammps與分子動(dòng)力學(xué)及常用軟件介紹常用-模擬軟件Lammps功能和原理

1、Lammps與分子動(dòng)力學(xué)及常用軟件介紹常用模擬軟件Lammps功能和原理1. 常用的MD模擬軟件NAMD：免費(fèi) 主要針對(duì)與生物和化學(xué)軟材料體系，程序設(shè)計(jì)水平高，計(jì)算效率高。有很好的分析輔助軟件VMD。AMBER 主要針對(duì)生物體系，也適當(dāng)兼容一般化學(xué)分子。有很好的內(nèi)置勢(shì)能模型，自定義新模型和新分子很方便，有很完善的維護(hù)網(wǎng)站。計(jì)算效率不高運(yùn)算速度慢。CHARMM 主要針對(duì)生物體系，也包含部分化學(xué)體系。勢(shì)能模型更新很快自定義新模型比較方便。計(jì)算效率低。GROMACS 免費(fèi) 主要針對(duì)生物體系，也適當(dāng)照顧一般化學(xué)體系。算法好，計(jì)算效率高。界面友好，維護(hù)服務(wù)好。TINKER 免費(fèi) 一般性分子動(dòng)力學(xué)軟件，對(duì)

2、生物體系略有偏重。優(yōu)點(diǎn)支持多種模型。仍在開(kāi)發(fā)中，某些方面還不完善。DL-POLY 一般性分子模擬軟件，界面友好，計(jì)算效率高。維護(hù)服務(wù)很好。Materials StudioLAMMPS 免費(fèi) 一般性分子模擬軟件。兼容當(dāng)前大多數(shù)的勢(shì)能模型，編程水平高，計(jì)算效率高?？梢阅M軟材料和固體物理系統(tǒng)。Materials Explorer 立足于Windows平臺(tái)的多功能分子動(dòng)力學(xué)軟件。擁有強(qiáng)大的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算及Monte Carlo軟件包，是結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)研究材料工程的有力工具。Materials Explorer可以用來(lái)研究有機(jī)物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導(dǎo)體等晶體、非晶體、溶液，流體，液

3、體和氣體相變、膨脹、壓縮系數(shù)、抗張強(qiáng)度、缺陷等。Materials Explorer軟件中包含2Body，3Body，EAM，AMBER等63個(gè)力場(chǎng)可供用戶選擇。Materials Explorer軟件擁有完美的圖形界面，方便使用者操作。2. Lammps功能和原理 Lammps初識(shí) Lammps的功能 Lammps的原理 Lammps的特點(diǎn) Lammps的應(yīng)用Lammps初識(shí)Lammps程序是一個(gè)經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序。全稱 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator 官方 國(guó)內(nèi)交流論壇：Lammps的功能能（featu

4、res）一般意義（并行化，可擴(kuò)充，腳本化輸入，接口化編譯）專門(mén)意義（能建模原子類型，有什么力場(chǎng)，有那些原子操作，如何設(shè)置系綜/邊界/約束，積分方法，輸出控制，前后圖形處理，以及具有一些什么特色功能）不能（non-features）- 非圖形化界面，不能自動(dòng)建立分子結(jié)構(gòu)模型和分配力場(chǎng)參數(shù)，不具有復(fù)雜的分析的手段，不能可視化輸出結(jié)果補(bǔ)救： 工具包，用于建模和分析以及可視化，但是功能不夠強(qiáng)大。必須一些其他前后處理軟件（幾何建模，物理建模，可視化分析）結(jié)合使用，接口方法。Lammps的基本原理編寫(xiě)、輸入模擬程序運(yùn)行模擬可視化結(jié)果分析輸出結(jié)果Lammps輸入文件的主要組成部分Initialization

5、Atom definitionSettingsRun a simulation后面的兩個(gè)部分可以按照需要多次重復(fù)。Lammps軟件目前的特點(diǎn)從勢(shì)場(chǎng)角度看：建模軟物質(zhì)（生物分子，聚合物），固態(tài)材料（金屬，半導(dǎo)體），以及粗粒子和介觀材料。更一般的說(shuō)是lammps程序是用來(lái)建模原子/介觀/連續(xù)尺度物質(zhì)以及其在熱、力學(xué)、化學(xué)條件下的性質(zhì)的模擬軟件，因此是系統(tǒng)化方法。Lammps程序運(yùn)行環(huán)境：?jiǎn)蜟PU和多CPU，采用的是消息響應(yīng)和模擬域的空間分解并行機(jī)制。Lammps程序代碼共享和模塊化設(shè)計(jì)，具有功能易于擴(kuò)充的特性。新版采用C/C+語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)，周期性發(fā)布，以日期為為準(zhǔn)，不斷更新一些bug和增加一些功能。腳

6、本語(yǔ)言應(yīng)用開(kāi)發(fā)。美國(guó)能源部下屬的圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布，主要 Steve Plimpton, Aidan Thompson, and Paul Crozier 網(wǎng)上郵件組可以解決和及時(shí)交流Lammps軟件入門(mén)明確自己的問(wèn)題和方向，選擇正確的工具要做的是什么問(wèn)題，屬于物理，化學(xué)，力學(xué)，材料，還是都有？能否具體到希望要作出什么結(jié)果？實(shí)驗(yàn)和理論上是否有相似的研究？再看問(wèn)題是否適合lammps程序？是否有別的程序可以替代選擇或者聯(lián)合選擇？計(jì)算環(huán)境搭建可行性分析現(xiàn)有計(jì)算機(jī)條件: 硬件水平?jīng)Q定模擬的規(guī)模是否有相關(guān)的支持：軟件環(huán)境團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的重要：交流是非常重要學(xué)習(xí)一點(diǎn)分子動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)基礎(chǔ)：原子論，量子論，

7、簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)材料學(xué)基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)化材料，晶體理論統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)：熱力學(xué)知識(shí)，統(tǒng)計(jì)分布專業(yè)基礎(chǔ)：熱流熱導(dǎo)分析，應(yīng)力分析，輻射損傷分析，蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)：程序?qū)W習(xí)和改進(jìn)，編程和硬件識(shí)別如何利用好Lammps手冊(cè)？求人不如求己準(zhǔn)備一份紙版，一份電子版放置在桌面。養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣幾個(gè)章節(jié)必須看（1-1,2,3；2-2,3,5,6,7；3-1,2,3；4-all)讀做例子有感覺(jué)（melt，crack，shear）錯(cuò)誤信息自己找（完美的錯(cuò)誤提示信息）隨手整理做記錄命令學(xué)習(xí)（工具體現(xiàn)）命令名稱：基本上告訴你意義書(shū)寫(xiě)格式：腳本語(yǔ)言的特色格式選項(xiàng)說(shuō)明：嚴(yán)格遵守，最好理解含義范例書(shū)寫(xiě)：有助于自己寫(xiě)腳本注意事項(xiàng)：特別的地

8、方相關(guān)命令：命令分類學(xué)習(xí)，比如輸入有那些方式，勢(shì)函數(shù)定義有哪幾類？Lammps常見(jiàn)命令unitdimensionnewtonprocessorsboundaryatom styleatom modifyatom type選擇單位系統(tǒng)，L-J、real、metal2D or 3D? 默認(rèn)是3D邊界條件：周期性邊界or自由邊界？定義你的模擬體系中的原子屬性告訴lammps在你的模擬中使用何種力場(chǎng)？pair_style, bond_style, angle_style, dihedral_style, improper_styleLammps軟件的應(yīng)用應(yīng)用步驟程序安裝安裝平臺(tái)環(huán)境（考慮不同的操作系統(tǒng)

9、，是否并行計(jì)算）簡(jiǎn)單易行的安裝Windows下：命令行執(zhí)行方式Linux下：編譯選擇項(xiàng)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：編譯器的選擇；并行庫(kù)的位置，相關(guān)庫(kù)的位置應(yīng)用步驟-實(shí)例學(xué)習(xí)輸入腳本格式書(shū)寫(xiě)：3-1節(jié)內(nèi)容，積木式搭建分塊命令學(xué)習(xí)方法：幾何模型構(gòu)建：atom_style, boundary, dimension，units create_atoms, create_box, lattice, read_data, read_restart, region, replicate物理模型構(gòu)建：angle_coeff, angle_style, bond_coeff, bond_style, dielectric, d

10、ihedral_coeff 過(guò)程模型構(gòu)建：Fix：is any operation that is applied to the system during timestepping or minimization. Examples include updating of atom positions and velocities due to time integration, controlling temperature, applying constraint forces to atoms, enforcing boundary conditions, computing diag

11、nostics, etc. 輸出模型構(gòu)建：compute過(guò)程計(jì)算量，熱力學(xué)輸出量（全局量），局部表征量（單個(gè)原子、組原子）3.經(jīng)典范例使用L-J勢(shì)模擬裂紋的擴(kuò)展使用EAM勢(shì)模擬Ni的剪切行為Cu、Ni等金屬的凝固過(guò)程模擬表面能計(jì)算A. 使用L-J勢(shì)模擬裂紋的擴(kuò)展裂紋lowerupperleftupperleftlowerxyLammps計(jì)算輸入文件# 2d LJ crack simulation(問(wèn)題的基本初始化)dimension2#2維分子動(dòng)力學(xué)模擬boundarys s p#x,y方向不存在周期邊界條件，z方向周期邊界條件。atom_style atomic#原子類型（金屬）Neighb

12、or 0.3 bin#建近鄰表參數(shù)（rc+0.3）bin表示為近鄰表類型。neigh_modify delay 5#間隔多少載荷步重新形成近鄰表Lammps計(jì)算輸入文件# create geometry創(chuàng)建初始幾何構(gòu)形#指定晶格類型（二維hex）和晶格常數(shù)#定義一個(gè)區(qū)域create_box5 box#在指定區(qū)域建立一個(gè)simulation box,5表示原子類型的種類數(shù)create_atoms 1 box#在simulation box中創(chuàng)建類型為1的原子（原子位置初始化）#指定單個(gè)原子的質(zhì)量Lammps計(jì)算輸入文件# LJ potentials(指定原子作用勢(shì))#指定lj勢(shì)參數(shù)# defin

13、e groups（便于加載）Region 1 block INF INF INF 1.25 INF INFGroup lower region 1#定義lower組（便于施加外加速度）Region 2 block INF INF 38.75 INF INF INFGroup upper region 2#定義upper組（便于施加外加速度）Group boundary union lower upper#定義總邊界組Group mobile subtract all boundary#定義可動(dòng)原子組（便于統(tǒng)計(jì)溫度）Lammps計(jì)算輸入文件regionleftupper block INF 20

14、 20 INF INF INFregionleftlower block INF 20 INF 20 INF INFgroupleftupper region leftuppergroupleftlower region leftlower#定義左上、左下原子組（便于指定裂紋的存在）setgroup leftupper type 2setgroup leftlower type 3setgroup lower type 4setgroup upper type 5#指定原子類型（便于指定裂紋的存在）Lammps計(jì)算輸入文件# initial velocities初始化速度computenew

15、mobile temp#定義溫度的計(jì)算（可動(dòng)區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計(jì)平均）compute new2 mobile stress/atom #定義原子應(yīng)力的計(jì)算（整個(gè)區(qū)域）Velocity mobile create 0.01 887723 temp new#按指定的溫度（0.01）計(jì)算方法，初始化原子的速度Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes# fixes施加約束fix1 all nve#nve系綜的積分算法fix2 boundary setforce NULL 0.0 0.0 #邊界boundary上力條件，鋼化原子，便于加載！Lammp

16、s計(jì)算輸入文件# run運(yùn)行計(jì)算#時(shí)間間隔步Thermo 200#每200步輸出熱動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)量thermo_modify temp new#計(jì)算溫度通過(guò)new指示的方法計(jì)算neigh_modify exclude type 2 3#原子2，3之間作用取消（也就是通過(guò)不使他們?cè)诮彵碇谐霈F(xiàn)實(shí)現(xiàn)）Dump 2 mobile custom 500 dump2.crack tag x y z c_new22run5000#進(jìn)行5000步的模擬ZxYyz# 3d metal shear simulation 3維金屬剪切模擬Units metal#采用金屬材料單位boundarys s p#施加z方向的

17、周期邊界條件atom_style atomic#定義原子之間的相互作用（沒(méi)有鍵鍵作用）#定義區(qū)域box （x上下限，y上下限，z上下限）create_box 3 box#在box區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建包含3種原子類型的simulation boxLammps計(jì)算輸入文件Lammps計(jì)算輸入文件Lattice fcc 3.52 orient x 1 0 0 orient y 0 1 1 orient z & 0 -1 1 origin 0.5 0 0#指定晶格類型、晶格常數(shù)、x,y,z坐標(biāo)的晶向# &續(xù)行符、晶胞的起始點(diǎn)（0.5表示半個(gè)晶格常數(shù)）create_atoms 1 box#在box區(qū)域內(nèi)建立類型為

18、1的原子pair_styleeam#定義原子之間作用勢(shì)為嵌入原子勢(shì)#指定嵌入勢(shì)參數(shù)文件Lammps計(jì)算輸入文件neighbor0.3 bin#指定原子近鄰列表參數(shù)rc+r1中的r1neigh_modify delay 5#指定近鄰表更新頻率regionlower block INF INF INF 0.9 INF INFregionupper block INF INF 6.1 INF INF INFgrouplower region lowergroupupper region uppergroupboundary union lower upper#指定邊界組，用于施加邊界條件groupm

19、obile subtract all boundary#指定可動(dòng)部分組，用于計(jì)算溫度Lammps計(jì)算輸入文件setgroup lower type 2setgroup upper type 3#設(shè)置原子類型lower為2，upper為3Compute new3d mobile temp#設(shè)定溫度計(jì)算new3dCompute new2d mobile temp/partial 0 1 1#設(shè)定溫度計(jì)算new2d，忽略x方向速度compute new1d all stress/atom #設(shè)定原子應(yīng)力計(jì)算Velocity mobile create 300.0 5812775 temp new3d

20、#初始化mobile區(qū)域原子的速度#使new3d方法計(jì)算的溫度為300k？ Fix 1 all nve#使系綜為nve系綜，同時(shí)確定了方程的積分方法#使邊界上原子x，y，z方向的受力均為0#使用直接調(diào)溫法，每10步準(zhǔn)備調(diào)一次#如果在300+-10k內(nèi)不調(diào)#如調(diào)的話要求其范圍在300+-1k之內(nèi)fix_modify 3 temp new3d#fix 3 調(diào)溫時(shí)采用new3d的計(jì)算方案Lammps計(jì)算輸入文件Lammps計(jì)算輸入文件#以下為弛豫過(guò)程thermo25#每25步在屏幕上打印熱動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)量thermo_modify temp new3d#輸出的溫度按new3d方案計(jì)算run100#弛豫1

21、00個(gè)載荷步Lammps計(jì)算輸入文件#以下為剪切加載velocityupper set 1.0 0 0#上邊界原子施加x方向的速度velocitymobile ramp vx 0.0 1.0 y 1.4 8.6 sum yes#在y1.4,8.6區(qū)域定義0，1之間的vx插值速度#該速度累加到弛豫的速度上Unfix 3#釋放弛豫時(shí)候的溫度約束3#重新施加溫度調(diào)控約束3fix_modify 3 temp new2d#溫度的計(jì)算采用new2d計(jì)算方案Lammps計(jì)算輸入文件#以下為剪切計(jì)算Dump 1 all custom 100 dump.shear tag type & x y z c_new2

22、4#每100步輸出，c_new1d4為new1d計(jì)算的原子應(yīng)力thermo100thermo_modifytemp new2d#每次輸出屏幕上的溫度按new2d方案計(jì)算reset_timestep0#重新設(shè)當(dāng)前為第0步run3000#剪切計(jì)算3000步C. 熔化、凝固過(guò)程模擬：Ar Cu Al對(duì)于Cu，建立885的FFC晶格體系，充分弛豫后利用Nose-Hover方法，保持壓強(qiáng)為0，從2.5 K開(kāi)始加熱，直至發(fā)生熔化轉(zhuǎn)變。輸入文件 輸入文件模擬輸出結(jié)果模擬發(fā)現(xiàn)在1609 K附近發(fā)生了一級(jí)相變，而Cu的熔點(diǎn)為1357 K。Cu在特定溫度下的性質(zhì)均方根位移速度自關(guān)聯(lián)函數(shù)徑向分布函數(shù)建立一個(gè)888的

23、FCC格子，分別在10K、500K、1000K、1800K以及2000K下保持零外壓弛豫，得到不同溫度下的原子運(yùn)動(dòng)情況，以及不同情況下的均方根位移。輸入文本文件均方根位移輸入文本文件均方根位移輸出結(jié)果分析輸出結(jié)果分析Cu處于液態(tài)時(shí)的均方根位移圖D. 應(yīng)用Lammps程序計(jì)算材料的表面能 物理理論建模是關(guān)鍵，程序僅僅只能是實(shí)現(xiàn)的工具。新表面Cu(100) 晶面的表面能計(jì)算幾何建模：簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)物理建模：簡(jiǎn)單合金勢(shì)函數(shù)區(qū)域分塊100表面過(guò)程建模：實(shí)現(xiàn)真空層輸出建模：計(jì)算能量，原子坐標(biāo)輸出控制：格式，參變量能量最小化方法，計(jì)算E0特殊技巧處理過(guò)程建模：移動(dòng)盒子，移動(dòng)原子，產(chǎn)生新的表面，計(jì)算產(chǎn)生新表面

24、后的E（final）計(jì)算111表面，首先幾何建模的過(guò)程中要知道如何在物理和幾何上產(chǎn)生（111），最后通過(guò)lammps的命令的方法實(shí)現(xiàn)。lattice fcc 3.615 origin 0 0 0 orient x 1 1 -2 orient y -1 1 0 orient z 1 1 1小結(jié) Lammps具有強(qiáng)大功能和開(kāi)放式的擴(kuò)充結(jié)構(gòu) 后續(xù)的數(shù)據(jù)處理通常相當(dāng)辛苦 Lammps程序需要結(jié)合其他程序來(lái)完成你的發(fā) 文章的要求模擬研究的任務(wù)。 做好修改源程序的準(zhǔn)備Materials Studio（MS）軟件簡(jiǎn)介Materials Studio 新一代材料模擬軟件概述：Materials Studio是

25、分子模擬軟件界的領(lǐng)先者-美國(guó)Accelrys公司在2000年初專為材料科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的可運(yùn)行于PC機(jī)上的新一代材料計(jì)算軟件，可幫助研究人員解決當(dāng)今化學(xué)及材料工業(yè)中的許多重要問(wèn)題。Materials Studio軟件采用Client/Server結(jié)構(gòu)，客戶端可以是Windows 98、2000或NT系統(tǒng)，計(jì)算服務(wù)器可以是本機(jī)的Windows 2000或NT，也可以是網(wǎng)絡(luò)上的Windows 2000、Windows NT、Linux或UNIX系統(tǒng)。多種先進(jìn)算法的綜合運(yùn)用使Material Studio成為一個(gè)強(qiáng)有力的模擬工具。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：研究分子模型或材料結(jié)構(gòu)，有豐富的模型資源，建模和制圖能力。與其

26、它標(biāo)準(zhǔn)PC軟件整合，使得容易共享這些數(shù)據(jù)。 運(yùn)行平臺(tái)：Windows NT/2000/XP，Linux和UNIX服務(wù)器分析領(lǐng)域：多范圍的軟件結(jié)合成一個(gè)集量子力學(xué)、分子力學(xué)、介觀模型、分析工具模擬和統(tǒng)計(jì)相關(guān)為一體的建模環(huán)境。應(yīng)用領(lǐng)域：材料、化工、物理等作用：為化學(xué)家、材料科學(xué)家和工程師帶來(lái)有力 模擬方法。設(shè)計(jì)更好的材料。模塊簡(jiǎn)介：基本環(huán)境分子力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)晶體、結(jié)晶與X射線衍射量子力學(xué)高分子與介觀模擬定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系 重點(diǎn)介紹四個(gè)模塊： 1.MS Visualizer模塊 模塊 模塊 模塊1.MS Visualizer模塊概述： 提供了搭建分子、晶體、界面、表面及高分子材料結(jié)構(gòu)模型所需的所有

27、工具，可以操作、觀察及分析計(jì)算前后的結(jié)構(gòu)模型，處理圖型、表格或文本等形式的數(shù)據(jù)，并提供軟件的基本環(huán)境和分析工具以支持Materials Studio的其它產(chǎn)品。是Materials Studio產(chǎn)品系列的核心模塊。MS Visualizer的操作界面：工具欄 任 務(wù) 欄 模型可視化窗口 建模欄任務(wù)監(jiān)控欄 背景: 當(dāng)前，可應(yīng)用于大周期性體系的密度泛函理論（DFT）取得了顯著的進(jìn)展，已經(jīng)成為解決材料設(shè)計(jì)、加工中難題的有效方法。人們依據(jù)這個(gè)理論可以使解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)新晶體的結(jié)構(gòu)、結(jié)合能和表面活性等基本性質(zhì)。這些工具可以用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)新材料，允許研究人員理解基本的化學(xué)和物理過(guò)程。緒論: 在本教程中，將

28、學(xué)習(xí)如何使用CASTEP來(lái)計(jì)算彈性常數(shù)和其他的力學(xué)性能。首先我們要優(yōu)化BN立方晶體的結(jié)構(gòu)，然后計(jì)算它的彈性常數(shù)。本指南主要包括以下內(nèi)容： 1 優(yōu)化BN立方晶體的結(jié)構(gòu) 2 計(jì)算BN的彈性常數(shù) 3 彈性常數(shù)文件的描述計(jì)算BN的彈性常數(shù)目的： 使用 CASTEP 計(jì)算彈性常數(shù)模塊： Materials Visualizer, CASTEP前提： 已使用first principles預(yù)測(cè)了AlAs的晶格常數(shù)1. 優(yōu)化BN立方晶體的結(jié)構(gòu) 在計(jì)算彈性常數(shù)之前并不一定要進(jìn)行幾何優(yōu)化，可以由實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的結(jié)構(gòu)計(jì)算出Cij數(shù)據(jù)。盡管如此，如果我們完成晶胞的幾何優(yōu)化，可以獲得更多相容的結(jié)果，進(jìn)而計(jì)算與理論基態(tài)對(duì)應(yīng)

29、的彈性常數(shù)。 彈性常數(shù)的精確度，尤其是切變常數(shù)的精確度，主要取決于SCF計(jì)算的品質(zhì)，特別是布里淵區(qū)取樣和波函數(shù)收斂程度的品質(zhì)。所以我們?cè)O(shè)置SCF、k點(diǎn)取樣和FFT格子的精度為Fine。 首先導(dǎo)入BN結(jié)構(gòu) 在菜單欄中選擇File/ Import，從structures/semiconductors中選中，按Import按鈕，輸入BN的晶體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)右圖。 為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，由Build / Symmetry / Primitive Cell將此conventional representation 轉(zhuǎn)化為primitive representation.現(xiàn)在設(shè)置幾何優(yōu)化 從工具欄中選擇CASTEP

30、工具 ，然后從下拉列中選擇Calculation（或從菜單欄中選擇Modules / CASTEP / Calculation）。CASTEP Calculation對(duì)話框見(jiàn)右圖： 在Setup標(biāo)簽中，把Task設(shè)置為Geometry Optimization，把Quality 設(shè)置為Fine，并且把Functional設(shè)置為GGA and PW91。 按下more按鈕，選中Optimize cell。關(guān)閉CASTEP Geometry Optimization對(duì)話框。 選擇Electronic標(biāo)簽，按下More.按鈕以得到CASTEP Electronic Options對(duì)話框。把Deriv

31、ed grid的設(shè)置從Standard改為Fine。關(guān)閉CASTEP Electronic Options對(duì)話框。 選擇Job Control標(biāo)簽，設(shè)定本地機(jī)運(yùn)算。按下CASTEP Calculation對(duì)話框中的Run按鈕。 優(yōu)化之后，此結(jié)構(gòu)的晶胞參數(shù)應(yīng)為?，F(xiàn)在我們可以繼續(xù)計(jì)算優(yōu)化結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)。 或按右鍵顯示2. 計(jì)算BN的彈性常數(shù) 處于激活狀態(tài)。選擇CASTEP Calculation對(duì)話框中的Setup標(biāo)簽，從Task的下拉清單中選擇Elastic Constants。 按下More.按鈕，CASTEP Elastic Constants對(duì)話框見(jiàn)右圖。將Number of steps

32、for each strain由4增加為6，按Run運(yùn)行。 CASTEP的彈性常數(shù)計(jì)算任務(wù)的結(jié)果以一批.castep輸出文件的形式給出。這些文件中的每一個(gè)文件都代表確定的晶胞在假設(shè)的應(yīng)變模式和應(yīng)變振幅下的幾何優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。這些文件的命名約定為：seedname_cij_m_n。對(duì)于給定的模式來(lái)說(shuō)，m代表當(dāng)前的應(yīng)變模式，n代表當(dāng)前的應(yīng)變振幅。 6僅取一種應(yīng)變模式 從屬性清單中選擇Elastic constants，從BN的彈性常數(shù)計(jì)算工作中得到的結(jié)果文件應(yīng)自動(dòng)顯示在Results file選框中。按下Calculate按鈕。計(jì)算結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)新的文檔。此文檔中的信息包括：*輸入的應(yīng)變和計(jì)算出的應(yīng)

33、力的總結(jié)*每一種應(yīng)變模式線性擬合和擬合質(zhì)量的計(jì)算結(jié)果*給定對(duì)稱性下計(jì)算出的應(yīng)力與彈性常數(shù)之間的對(duì)應(yīng)*彈性常數(shù)Cij和彈性柔量Sij的表格*導(dǎo)出量：體積模量和其倒數(shù)、壓縮系數(shù)、楊氏模量、Poisson比、 Lame 常數(shù)(用于模擬各向同性介質(zhì)) CASTEP可以使用這些結(jié)果來(lái)分析每一個(gè)運(yùn)行計(jì)算出來(lái)的壓力張量，產(chǎn)生一個(gè)有關(guān)彈性性質(zhì)的文件。 從工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Analysis或者從菜單欄中選擇Modules | CASTEP | Analysis。3 彈性常數(shù)文件的描述 對(duì)于這種點(diǎn)陣類型，需要考慮兩種應(yīng)變模式(本教程只計(jì)算了一種)。對(duì)于每一種應(yīng)變模式，都有一個(gè)計(jì)算出的應(yīng)力的總

34、結(jié)(由各自的.castep文件得到)。 = Elastic constants from Materials Studio: CASTEP = Summary of the calculated stresses * Strain pattern: 1= Current amplitude: 1 Transformed stress tensor (GPa) : Current amplitude: 2 Transformed stress tensor (GPa) : 提供了應(yīng)力，應(yīng)變的組成和彈性常數(shù)張量之間聯(lián)系的所有信息。在這一階段，每一個(gè)彈性常數(shù)均有一個(gè)簡(jiǎn)潔的指數(shù)代表而不是由一對(duì)ij指數(shù)

35、代表。稍后會(huì)在文件夾中給出壓縮符和常規(guī)的指數(shù)標(biāo)定之間 的對(duì)應(yīng)。 和彈性系數(shù)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 (壓縮符)： 1 7 7 4 0 0 as induced by the strain components: 1 1 1 4 0 0 在下面的表格中給出了每一種應(yīng)力組成的應(yīng)力-應(yīng)變線性適配關(guān)系: Stress Cij value of value of index index stress strain 此梯度提供了彈性常數(shù)的數(shù)值（或彈性常數(shù)的線性組合），適配的質(zhì)量，由相關(guān)系數(shù)表示，提供了另人滿意的彈性常數(shù)的不確定度。 在進(jìn)一步的分析中沒(méi)有使用壓力的切點(diǎn)值, 它很簡(jiǎn)單的指示出收斂的基態(tài)離最初的結(jié)構(gòu)有多遠(yuǎn)。

36、 所有應(yīng)變模式的結(jié)果總結(jié)如下： = Summary of elastic constants = id i j Cij (GPa) The errors are only provided when more than two values for the strain amplitude were used, since there is no statistical uncertainty associated with fitting a straight line to only two points. 彈性常數(shù)以常規(guī)的6x6張量的形式顯示出,隨后彈性柔量（compliances）以相

37、似的6x6形式顯示出： = Elastic Stiffness Constants Cij (GPa) = = Elastic Compliance Constants Sij (1/GPa) = 文件的最后部分包含推出的屬性: Bulk modulus = 362.11330 +/- 0.593 (GPa) Compressibility = 0.00276 (1/GPa) Axis Young Modulus Poisson Ratios (GPa) Lame constants for isotropic material (GPa) END應(yīng)用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型+應(yīng)

38、用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（1）三角形AG（三角形石墨烯片層）模型的建立畫(huà)一個(gè)苯環(huán)依次得到三角形AG將每定點(diǎn)兩氫原子替換為氟原子將每邊中心兩氫原子替換為氧原子應(yīng)用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（2）獨(dú)立FTBC-C4分子模型的建立添加AG邊緣懸掛鍵氫鍵同樣方法建立烷基鏈應(yīng)用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（2）獨(dú)立FTBC-C4分子模型的建立將烷基鏈安放到AGNR的每個(gè)氧原子上初步優(yōu)化力場(chǎng)平衡下的幾何機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（3）FTBC-C4自組裝大分子模型的建立同樣方法畫(huà)出HOPG襯底以HOPG尺寸和形狀建立原胞Down結(jié)構(gòu)烷基鏈向下應(yīng)用舉

39、例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（3）FTBC-C4自組裝大分子模型的建立將FTBC-C4分子加到原胞HOPG襯底上（一個(gè)復(fù)制粘貼的過(guò)程）up結(jié)構(gòu)烷基鏈向上調(diào)整FTBC-C4與襯底的距離與角度應(yīng)用舉例建立FTBC-C4自組裝大分子模型（3）FTBC-C4自組裝大分子模型的建立概述：Discover是Materials Studio的分子力學(xué)計(jì)算引擎。它使用了多種成熟的分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)方法，這些方法被證明完全適應(yīng)分子設(shè)計(jì)的需要。以多個(gè)經(jīng)過(guò)仔細(xì)推導(dǎo)的力場(chǎng)為基礎(chǔ)，Discover可以準(zhǔn)確地計(jì)算出最低能量構(gòu)象，并可給出不同系綜下體系結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)軌跡。周期性邊界條件的引入使得它可以對(duì)固態(tài)體系進(jìn)行

40、研究，如晶體、非晶和溶劑化體系。另外，Discover還提供強(qiáng)大的分析工具，可以對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，從而得到各類結(jié)構(gòu)參數(shù)、熱力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、動(dòng)力學(xué)量以及振動(dòng)強(qiáng)度。模塊計(jì)算實(shí)例 優(yōu)化FTBC-C4自組裝大分子室溫下幾何結(jié)構(gòu)（1）建模，選擇Discover模塊的Dynamics設(shè)置參數(shù)對(duì)話框（2）參數(shù)設(shè)置： 系綜：NVT 溫度：298K 步數(shù)：20萬(wàn)步 步長(zhǎng)： 模擬時(shí)長(zhǎng)：2ps 熱浴：Nose（3）Run：開(kāi)始運(yùn)算 計(jì)算實(shí)例 優(yōu)化FTBC-C4自組裝大分子室溫下幾何結(jié)構(gòu)（4）結(jié)果文件輸出：計(jì)算實(shí)例 優(yōu)化FTBC-C4自組裝大分子室溫下幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算實(shí)例 優(yōu)化FTBC-C4自組裝大分子室溫下幾何結(jié)

41、構(gòu)（5）結(jié)果分析在三維模型（.xtd）窗口下分析所需性質(zhì)概述：模塊獨(dú)特的密度泛函（DFT）量子力學(xué)程序，是唯一可以模擬氣相、溶液、表面及固體等過(guò)程及性質(zhì)的商業(yè)化量子力學(xué)程序，應(yīng)用于化學(xué)、材料、化工、固體物理等許多領(lǐng)域?？捎糜谘芯烤啻呋?、多相催化、半導(dǎo)體、分子反應(yīng)等，也可預(yù)測(cè)諸如溶解度、蒸氣壓、配分函數(shù)、溶解熱、混合熱等性質(zhì)?？捎?jì)算能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度?；趦?nèi)坐標(biāo)的算法強(qiáng)健高效，支持并行計(jì)算。版本中加入了更方便的自旋極化設(shè)置，可用于計(jì)算磁性體系。版本起還可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算。（1）建模，選擇Dmol3模塊的 calculation設(shè)置參數(shù)對(duì)話框： 1）SetupTask：Energy-單點(diǎn)能Geom

42、etry Optimization- 幾何優(yōu)化（這里幾何優(yōu)化后結(jié)構(gòu)只有細(xì)微改變，不給圖片）注：以下計(jì)算性能均可以在計(jì)算單點(diǎn)能或幾何優(yōu)化時(shí)進(jìn)行計(jì)算實(shí)例 FTBC-C4自組裝大分子單點(diǎn)能計(jì)算和幾何優(yōu)化2）Electronic設(shè)置如圖SCF自洽迭代精度：迭代周期：300圈計(jì)算實(shí)例 FTBC-C4自組裝大分子單點(diǎn)能計(jì)算和幾何優(yōu)化（2）計(jì)算性質(zhì)選擇：Electron density-電子密度Orbitals：電子軌道分布（3）Run：提交任務(wù) 計(jì)算實(shí)例 FTBC-C4自組裝大分子單點(diǎn)能計(jì)算和幾何優(yōu)化（4）結(jié)果分析在三維模型（.xsd）窗口下分析所需性質(zhì)計(jì)算實(shí)例 FTBC-C4自組裝大分子單點(diǎn)能計(jì)算和幾何優(yōu)化Import：輸出Orbitals此圖為L(zhǎng)UMO分布圖：黃藍(lán)顏色描述LUMO軌道電子云分布波函數(shù)的正負(fù)方向（4）結(jié)果分析在三維模型（.xsd）窗口下分析所需性質(zhì)此圖為HOMO分布圖：黃藍(lán)圖描述HOMO軌道電子云分布波