【文档说明】3LAMMPS软件与materials_studio软件介绍课件.ppt，共(100)页，9.103 MB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-50410.html

以下为本文档部分文字说明：

Lammps与分子动力学常用模拟软件Lammps功能和原理经典范例1.常用的MD模拟软件NAMD：免费主要针对与生物和化学软材料体系，程序设计水平高，计算效率高。有很好的分析辅助软件VMD。AMBER主要针对生物体系，也适当兼容一般化学分子。有很好的内置势能模型，自定

义新模型和新分子很方便，有很完善的维护网站。计算效率不高运算速度慢。CHARMM主要针对生物体系，也包含部分化学体系。势能模型更新很快自定义新模型比较方便。计算效率低。GROMACS免费主要针对生物体系，也适当照顾一般化学体系。算法好，计

算效率高。界面友好，维护服务好。TINKER免费一般性分子动力学软件，对生物体系略有偏重。优点支持多种模型。仍在开发中，某些方面还不完善。DL-POLY一般性分子模拟软件，界面友好，计算效率高。维护服务很好。MaterialsStudioLAMMP

S免费一般性分子模拟软件。兼容当前大多数的势能模型，编程水平高，计算效率高。可以模拟软材料和固体物理系统。MaterialsExplorer立足于Windows平台的多功能分子动力学软件。拥有强大的分子动力学计算及MonteCarlo软件包，是结合应用领域来研究材料工程的有力工具。Materi

alsExplorer可以用来研究有机物、高聚物、生物大分子、金属、陶瓷材料、半导体等晶体、非晶体、溶液，流体，液体和气体相变、膨胀、压缩系数、抗张强度、缺陷等。MaterialsExplorer软件中包含2Body，3Body，EAM，AMB

ER等63个力场可供用户选择。MaterialsExplorer软件拥有完美的图形界面，方便使用者操作。2.Lammps功能和原理Lammps初识Lammps的功能Lammps的原理Lammps的特点Lammps的应用Lammps初识L

ammps程序是一个经典分子动力学计算程序。全称Large-scaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator官方网址：http://lammps.sandia.gov/国内交流论坛：http://www

.mdbbs.orgLammps的功能能（features）一般意义（并行化，可扩充，脚本化输入，接口化编译）专门意义（能建模原子类型，有什么力场，有那些原子操作，如何设置系综/边界/约束，积分方法，输出控制，前后图形处理，以及具有一些什么特色功能）不能（non-fea

tures）-非图形化界面，不能自动建立分子结构模型和分配力场参数，不具有复杂的分析的手段，不能可视化输出结果-补救：Pizza.py工具包，用于建模和分析以及可视化，但是功能不够强大。-必须一些其他前后处理软件（几何建模，物理建模，可视化分析）结合使用，接口方法

。Lammps的基本原理编写、输入模拟程序运行模拟可视化结果分析输出结果Lammps输入文件的主要组成部分InitializationAtomdefinitionSettingsRunasimulation后面的两个部分可以按照需要多次重复。Lammps软

件目前的特点从势场角度看：建模软物质（生物分子，聚合物），固态材料（金属，半导体），以及粗粒子和介观材料。更一般的说是lammps程序是用来建模原子/介观/连续尺度物质以及其在热、力学、化学条件下的性质的模拟软件，因此是系统化方法。Lammps程序运行环境：单CPU和多CPU，采用的是消息

响应和模拟域的空间分解并行机制。Lammps程序代码共享和模块化设计，具有功能易于扩充的特性。新版采用C/C++语言书写，周期性发布，以日期为为准，不断更新一些bug和增加一些功能。脚本语言应用开发。美国能源部下属的圣地亚国家实验室

发布，主要作者：StevePlimpton,AidanThompson,andPaulCrozier网上邮件组可以解决和及时交流Lammps软件入门明确自己的问题和方向，选择正确的工具要做的是什么问题，属于物理，化学，力学，材料，还是都有？能否具体到希望要作出什么结果

？实验和理论上是否有相似的研究？再看问题是否适合lammps程序？是否有别的程序可以替代选择或者联合选择？计算环境搭建可行性分析现有计算机条件:硬件水平决定模拟的规模是否有相关的支持：软件环境团队学习的重要：交流是非

常重要学习一点分子动力学基础物理学基础：原子论，量子论，简单的数学材料学基础：结构化材料，晶体理论统计力学基础：热力学知识，统计分布专业基础：热流热导分析，应力分析，辐射损伤分析，蛋白质计算机基础：程序学习和改进，编程和硬件识别如何利用好Lammps

手册？求人不如求己准备一份纸版，一份电子版放置在桌面。养成良好的学习习惯几个章节必须看（1-1,2,3；2-2,3,5,6,7；3-1,2,3；4-all)读做例子有感觉（melt，crack，shear）错误信息自己找（完美的错误提示信息）随手整理做记录命令学习（工具体现）命令名称

：基本上告诉你意义书写格式：脚本语言的特色格式选项说明：严格遵守，最好理解含义范例书写：有助于自己写脚本注意事项：特别的地方相关命令：命令分类学习，比如输入有那些方式，势函数定义有哪几类？Lammps常见命令unitdimensio

nnewtonprocessorsboundaryatomstyleatommodifyatomtype选择单位系统，L-J、real、metal2Dor3D?默认是3D边界条件：周期性边界or自由边界？定义你的模拟体系中的原子属性告诉lammps

在你的模拟中使用何种力场？pair_style,bond_style,angle_style,dihedral_style,improper_styleLammps软件的应用应用步骤—程序安装安装平台环境（考虑不同

的操作系统，是否并行计算）简单易行的安装•Windows下：命令行执行方式•Linux下：编译选择项•几个关键点：编译器的选择；并行库的位置，相关库的位置应用步骤--实例学习输入脚本格式书写：3-1节内容，积木式搭建分块命令学习方法：几何模型构建：atom_style,boundary,di

mension，unitscreate_atoms,create_box,lattice,read_data,read_restart,region,replicate物理模型构建：angle_coeff,a

ngle_style,bond_coeff,bond_style,dielectric,dihedral_coeff过程模型构建：Fix：isanyoperationthatisappliedtothesystemduringtimesteppingorminimization

.Examplesincludeupdatingofatompositionsandvelocitiesduetotimeintegration,controllingtemperature,applyingconstraintforcestoatoms,enforcin

gboundaryconditions,computingdiagnostics,etc.输出模型构建：compute过程计算量，热力学输出量（全局量），局部表征量（单个原子、组原子）3.经典范例使用L-J

势模拟裂纹的扩展使用EAM势模拟Ni的剪切行为Cu、Ni等金属的凝固过程模拟表面能计算A.使用L-J势模拟裂纹的扩展裂纹lowerupperleftupperleftlowerxyLammps计算输入文件•#2dLJcrac

ksimulation(问题的基本初始化)•dimension2•#2维分子动力学模拟•boundaryssp•#x,y方向不存在周期边界条件，z方向周期边界条件。•atom_styleatomic•#原子类型（金属）•Nei

ghbor0.3bin•#建近邻表参数（rc+0.3）bin表示为近邻表类型。•neigh_modifydelay5•#间隔多少载荷步重新形成近邻表Lammps计算输入文件•#creategeometry

创建初始几何构形•Latticehex0.93•#指定晶格类型（二维hex）和晶格常数•Regionboxblock0100040-0.250.25•#定义一个区域•create_box5box•#在指定区域建立一

个simulationbox,5表示原子类型的种类数•create_atoms1box•#在simulationbox中创建类型为1的原子（原子位置初始化）•Mass11.0•Mass21.0•Mass31.0•Mass

41.0•Mass51.0•#指定单个原子的质量Lammps计算输入文件•#LJpotentials(指定原子作用势)•pair_stylelj/cut2.5•#指定lj势，截断半径为2.5•pair_coeff**1.01.02.5•

#指定lj势参数•#definegroups（便于加载）•Region1blockINFINFINF1.25INFINF•Grouplowerregion1•#定义lower组（便于施加外加速度）•Region2blockINFINF38.75INFI

NFINF•Groupupperregion2•#定义upper组（便于施加外加速度）•Groupboundaryunionlowerupper•#定义总边界组•Groupmobilesubtractallboundary•#定义

可动原子组（便于统计温度）Lammps计算输入文件•regionleftupperblockINF2020INFINFINF•regionleftlowerblockINF20INF20INFINF•groupleftupp

erregionleftupper•groupleftlowerregionleftlower•#定义左上、左下原子组（便于指定裂纹的存在）•setgroupleftuppertype2•setgroupleftlowertype3•setgrouplo

wertype4•setgroupuppertype5•#指定原子类型（便于指定裂纹的存在）Lammps计算输入文件•#initialvelocities初始化速度•computenewmobiletemp•#定义温度的计算（可动区域内统

计平均）•computenew2mobilestress/atom•#定义原子应力的计算（整个区域）•Velocitymobilecreate0.01887723tempnew•#按指定的温度（0.01）计算方法，初始化原子的速度•Velocityupperset0.00.30.0•

#upper原子组y方向的速度为0.3•Velocitymobilerampvy0.00.3y1.2538.75sumyes•#mobile原子的速初始度从0到0.3线性变化•#fixes施加约束•fix1allnve•#nve系综的积分算法•fix2boundarysetforceNULL0

.00.0•#边界boundary上力条件，钢化原子，便于加载！！Lammps计算输入文件•#run运行计算•timestep0.003•#时间间隔步•Thermo200•#每200步输出热动力学统计量•thermo_modifytempnew•#计算温度通过new指示的方法计算•neigh_

modifyexcludetype23•#原子2，3之间作用取消（也就是通过不使他们在近邻表中出现实现）•Dump1allatom500dump.crack•#每隔500步将原子信息写入文件dump.crack•Dump2mobilecustom50

0dump2.cracktagxyzc_new2[2]•run5000•#进行5000步的模拟B.使用EAM势模拟Ni的剪切行为Z‘xY’<100><010><001><011><011>yz•#3dmetalshearsimulation3维金属剪切模拟•Unitsmetal•#采用金属材

料单位•boundaryssp•#施加z方向的周期边界条件•atom_styleatomic•#定义原子之间的相互作用（没有键键作用）•Latticefcc3.52•#指定晶格为fcc，晶格常数3.52埃•R

egionboxblock016.0010.002.828427•#定义区域box（x上下限，y上下限，z上下限）•create_box3box•#在box区域内创建包含3种原子类型的simulationboxLammps计算输入文

件Lammps计算输入文件•Latticefcc3.52orientx100orienty011orientz&0-11origin0.500•#指定晶格类型、晶格常数、x,y,z坐标的晶向•#&续行符、晶胞的起始点（0.5表示半个晶格常数）•creat

e_atoms1box•#在box区域内建立类型为1的原子•pair_styleeam•#定义原子之间作用势为嵌入原子势•pair_coeff**Ni_u3.eam•#指定嵌入势参数文件Lammps计算输入文件•neighbor0.3bin•

#指定原子近邻列表参数rc+r1中的r1•neigh_modifydelay5•#指定近邻表更新频率•regionlowerblockINFINFINF0.9INFINF•regionupperblockINFINF6.1INFINFINF•grouplowerregionlower•g

roupupperregionupper•groupboundaryunionlowerupper•#指定边界组，用于施加边界条件•groupmobilesubtractallboundary•#指定可动部分组，用于计算温度Lammps

计算输入文件•setgrouplowertype2•setgroupuppertype3•#设置原子类型lower为2，upper为3•Computenew3dmobiletemp•#设定温度计算new3d•Computen

ew2dmobiletemp/partial011•#设定温度计算new2d，忽略x方向速度•computenew1dallstress/atom•#设定原子应力计算•Velocitymobilecreate300.05812775tempnew3d•

#初始化mobile区域原子的速度•#使new3d方法计算的温度为300k？？•Fix1allnve•#使系综为nve系综，同时确定了方程的积分方法•Fix2boundarysetforce0.00.00.0•#使边界上原子x，y，z方向的受力

均为0•Fix3mobiletemp/rescale10300.0300.010.01.0•#使用直接调温法，每10步准备调一次•#如果在300+-10k内不调•#如调的话要求其范围在300+-1k之内•fix_modify3tempnew3d•#fix3

调温时采用new3d的计算方案Lammps计算输入文件Lammps计算输入文件•#以下为弛豫过程•thermo25•#每25步在屏幕上打印热动力学统计量•thermo_modifytempnew3d•#输出的温度按new3d方案计算•

timestep0.001•#时间步长为0.001ps•run100•#弛豫100个载荷步Lammps计算输入文件•#以下为剪切加载•velocityupperset1.000•#上边界原子施加x方向的速度•velocitymobilerampvx0.01.0

y1.48.6sumyes•#在y[1.4,8.6]区域定义0，1之间的vx插值速度•#该速度累加到弛豫的速度上•Unfix3•#释放弛豫时候的温度约束3•fix3mobiletemp/rescale10300.0300.010.01.0•#

重新施加温度调控约束3•fix_modify3tempnew2d•#温度的计算采用new2d计算方案Lammps计算输入文件•#以下为剪切计算•Dump1allcustom100dump.sheartagtype&

•xyzc_new2[4]•#每100步输出，c_new1d[4]为new1d计算的原子应力•thermo100•thermo_modifytempnew2d•#每次输出屏幕上的温度按new2d方案计算•reset_t

imestep0•#重新设当前为第0步•run3000•#剪切计算3000步C.熔化、凝固过程模拟：ArCuAl对于Cu，建立8×8×5的FFC晶格体系，充分弛豫后利用Nose-Hover方法，保持压强为0，从2.5K开始加

热，直至发生熔化转变。输入文件输入文件模拟输出结果模拟发现在1609K附近发生了一级相变，而Cu的熔点为1357K。Cu在特定温度下的性质•均方根位移•速度自关联函数•径向分布函数建立一个8×8×8的FCC格子，分

别在10K、500K、1000K、1800K以及2000K下保持零外压弛豫，得到不同温度下的原子运动情况，以及不同情况下的均方根位移。输入文本文件——均方根位移输入文本文件——均方根位移输出结果分析输出结果分析Cu处于液态时的均方根位移图D.应用Lammps程序计算材料的表面能物理理论建模是关键，

程序仅仅只能是实现的工具。新表面Cu(100)晶面的表面能计算几何建模：简单晶格结构物理建模：简单合金势函数区域分块100表面过程建模：实现真空层输出建模：计算能量，原子坐标输出控制：格式，参变量能量最小化方法，计算E0特殊技

巧处理过程建模：移动盒子，移动原子，产生新的表面，计算产生新表面后的E（final）计算111表面，首先几何建模的过程中要知道如何在物理和几何上产生（111），最后通过lammps的命令的方法实现。latticefcc3.615orig

in000orientx11-2orienty-110orientz111小结•Lammps具有强大功能和开放式的扩充结构•后续的数据处理通常相当辛苦•Lammps程序需要结合其他程序来完成你的发文章的要求模拟研究的任务。•做好修改源程序的准备MaterialsStudio

（MS）软件简介MaterialsStudio——新一代材料模拟软件概述：MaterialsStudio是分子模拟软件界的领先者--美国Accelrys公司在2000年初专为材料科学领域开发的可运行于PC机上的新一代材料计算软件，可帮助研究人员解决当今化学及

材料工业中的许多重要问题。MaterialsStudio软件采用Client/Server结构，客户端可以是Windows98、2000或NT系统，计算服务器可以是本机的Windows2000或NT，也可以是网

络上的Windows2000、WindowsNT、Linux或UNIX系统。多种先进算法的综合运用使MaterialStudio成为一个强有力的模拟工具。特点：优点：研究分子模型或材料结构，有丰富的模型资源，建模和制图能力。与其它标准PC软件整合，使

得容易共享这些数据。运行平台：WindowsNT/2000/XP，Linux和UNIX服务器分析领域：多范围的软件结合成一个集量子力学、分子力学、介观模型、分析工具模拟和统计相关为一体的建模环境。应用领域：材料、化工、物理等作用：为化学家、材料科学家和工程师带来

有力模拟方法。设计更好的材料。模块简介：基本环境分子力学与分子动力学晶体、结晶与X射线衍射量子力学高分子与介观模拟定量结构-性质关系重点介绍四个模块：1.MSVisualizer模块2.MS.DISCOVER模块3.MS.Dmol3模块4.MS.CA

STEP模块1.MSVisualizer模块概述：提供了搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模型所需的所有工具，可以操作、观察及分析计算前后的结构模型，处理图型、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以支持MaterialsStud

io的其它产品。是MaterialsStudio产品系列的核心模块。MSVisualizer的操作界面：工具栏任务栏模型可视化窗口——建模栏任务监控栏背景:当前，可应用于大周期性体系的密度泛函理论（DFT）取得了显著的进展，已经成为解决材料设计、加工中难题的有效方法。人们

依据这个理论可以使解释实验数据，预测新晶体的结构、结合能和表面活性等基本性质。这些工具可以用来指导设计新材料，允许研究人员理解基本的化学和物理过程。绪论:在本教程中，将学习如何使用CASTEP来计算弹性常数和其他的力学性能。

首先我们要优化BN立方晶体的结构，然后计算它的弹性常数。本指南主要包括以下内容：1优化BN立方晶体的结构2计算BN的弹性常数3弹性常数文件的描述计算BN的弹性常数目的：使用CASTEP计算弹性常数模块：MaterialsVi

sualizer,CASTEP前提：已使用firstprinciples预测了AlAs的晶格常数1.优化BN立方晶体的结构在计算弹性常数之前并不一定要进行几何优化，可以由实验观测到的结构计算出Cij数据。尽管如此，如果我们完成晶胞的几何优化，可以获得更多相容的结果，

进而计算与理论基态对应的弹性常数。弹性常数的精确度，尤其是切变常数的精确度，主要取决于SCF计算的品质，特别是布里渊区取样和波函数收敛程度的品质。所以我们设置SCF、k点取样和FFT格子的精度为Fine。首先导入BN结构在菜单栏中选择File/Import，从st

ructures/semiconductors中选中BN.msi，按Import按钮，输入BN的晶体结构，见右图。为了节省计算时间，由Build/Symmetry/PrimitiveCell将此conventionalrepresentation转化为primitiverepresent

ation.现在设置几何优化从工具栏中选择CASTEP工具，然后从下拉列中选择Calculation（或从菜单栏中选择Modules/CASTEP/Calculation）。CASTEPCalculation对话框见右图：在Setup标签中，把Task设置为

GeometryOptimization，把Quality设置为Fine，并且把Functional设置为GGAandPW91。按下more按钮，选中Optimizecell。关闭CASTEPGeometryOptimization对话

框。选择Electronic标签，按下More...按钮以得到CASTEPElectronicOptions对话框。把Derivedgrid的设置从Standard改为Fine。关闭CASTEPElectronicOptions对话框。选择JobControl标签，设定本

地机运算。按下CASTEPCalculation对话框中的Run按钮。优化之后，此结构的晶胞参数应为a=b=c=2.574Å。现在我们可以继续计算优化结构的弹性常数。或按右键显示2.计算BN的弹性常数BNCASTEPGeomOpt/BN.xsd处于激活状态。选择CASTEPCalcula

tion对话框中的Setup标签，从Task的下拉清单中选择ElasticConstants。按下More...按钮，CASTEPElasticConstants对话框见右图。将Numberofstepsforea

chstrain由4增加为6，按Run运行。CASTEP的弹性常数计算任务的结果以一批.castep输出文件的形式给出。这些文件中的每一个文件都代表确定的晶胞在假设的应变模式和应变振幅下的几何优化运行结果。这些文件的命名约定为：seedname

_cij__m__n。对于给定的模式来说，m代表当前的应变模式，n代表当前的应变振幅。6仅取一种应变模式从属性清单中选择Elasticconstants，从BN的弹性常数计算工作中得到的结果文件BN.castep应自动显示在Resultsfile选框中。按下Calculate按钮

。计算结束后产生一个新的文档BNElasticConstants.txt。此文档中的信息包括：*输入的应变和计算出的应力的总结*每一种应变模式线性拟合和拟合质量的计算结果*给定对称性下计算出的应力与弹性常数之间的对应*弹性常数Cij和弹性柔量Sij的表格*导出量：体积模量和其倒数、压缩系

数、杨氏模量、Poisson比、Lame常数(用于模拟各向同性介质)CASTEP可以使用这些结果来分析每一个运行计算出来的压力张量，产生一个有关弹性性质的文件。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Analysis或者从菜单栏中选择Mod

ules|CASTEP|Analysis。3弹性常数文件的描述对于这种点阵类型，需要考虑两种应变模式(本教程只计算了一种)。对于每一种应变模式，都有一个计算出的应力的总结(由各自的.castep文件得到)。======================

=========================ElasticconstantsfromMaterialsStudio:CASTEP===========================================

====Summaryofthecalculatedstresses**********************************Strainpattern:1======================Currentamplitude:1Transf

ormedstresstensor(GPa):-4.9905780.0000000.0000000.000000-6.9071590.9536580.0000000.953658-6.908215Currentamp

litude:2Transformedstresstensor(GPa):-5.9490420.0000000.0000000.000000-7.0936250.5713070.0000000.571307-7.094263提供了应力，应变的组成和弹性常数张量之间联系的所有信息。在这一阶段，

每一个弹性常数均有一个简洁的指数代表而不是由一对ij指数代表。稍后会在文件夹中给出压缩符和常规的指数标定之间的对应。和弹性系数相对应的应力(压缩符)：177400asinducedbythestraincomponents:1114

00在下面的表格中给出了每一种应力组成的应力-应变线性适配关系:StressCijvalueofvalueofindexindexstressstrain11-4.990578-0.00300011-5.949042-0.00180011-6.891618-0

.00060011-7.8385970.00060011-8.7849590.00180011-9.7265620.003000C(gradient):788.920238ErroronC:0.945626Correlationcoeff:0.999997Stressinterce

pt:-7.363559此梯度提供了弹性常数的数值（或弹性常数的线性组合），适配的质量，由相关系数表示，提供了另人满意的弹性常数的不确定度。在进一步的分析中没有使用压力的切点值,它很简单的指示出收敛的基态离最初的结构有多远。所有应变模式的结果总结如下：===

=========================Summaryofelasticconstants============================idijCij(GPa)111788.92024+/-0.946444

447.55108+/-0.749712148.70983+/-0.754Theerrorsareonlyprovidedwhenmorethantwovaluesforthestrainamplitudewereused,sincethereisnostatisticaluncertaintya

ssociatedwithfittingastraightlinetoonlytwopoints.弹性常数以常规的6x6张量的形式显示出,随后弹性柔量（compliances）以相似的6x6形式显示出：===========================

==========ElasticStiffnessConstantsCij(GPa)=============================================================================E

lasticComplianceConstantsSij(1/GPa)========================================0.0014282-0.0002075-0.00020750.00000000.00000000.0000000-0.00020750

.0014282-0.00020750.00000000.00000000.0000000-0.0002075-0.00020750.00142820.00000000.00000000.00000000.00000000.0000

0000.00000000.00235330.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.00235330.00000000.00000000.00000000.0000

0000.00000000.00000000.0023533文件的最后部分包含推出的属性:736.57379125.20883125.208830.000000.000000.00000125.20883736.57379125.208

830.000000.000000.00000125.20883125.20883736.573790.000000.000000.000000.000000.000000.00000424.939740.000000.000000.00000

0.000000.000000.00000424.939740.000000.000000.000000.000000.000000.00000424.93974Bulkmodulus=362.11330+/-0.593(GPa

)Compressibility=0.00276(1/GPa)AxisYoungModulusPoissonRatios(GPa)X741.74894Exy=0.1586Exz=0.1586Y741.748

94Eyx=0.1586Eyz=0.1586Z741.74894Ezx=0.1586Ezy=0.1586Lameconstantsforisotropicmaterial(GPa)Lambda=-106.1819,Mu=447.5511END应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型+

应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（1）三角形AG（三角形石墨烯片层）模型的建立画一个苯环依次得到三角形AG将每定点两氢原子替换为氟原子将每边中心两氢原子替换为氧原子应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（2）独立FTBC-C4分子模型的建立添加AG边缘悬挂键—氢键同样方

法建立烷基链应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（2）独立FTBC-C4分子模型的建立将烷基链安放到AGNR的每个氧原子上初步优化力场平衡下的几何机构应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3

）FTBC-C4自组装大分子模型的建立同样方法画出HOPG衬底以HOPG尺寸和形状建立原胞Down结构——烷基链向下应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3）FTBC-C4自组装大分子模型的建立将FTBC-C4分子加到原胞HOPG衬底上（一个复制粘贴的过程）up结构——烷基链向上调整F

TBC-C4与衬底的距离与角度应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3）FTBC-C4自组装大分子模型的建立概述：Discover是MaterialsStudio的分子力学计算引擎。它使用了多种成熟的分子力学和分子动力学方法，这些

方法被证明完全适应分子设计的需要。以多个经过仔细推导的力场为基础，Discover可以准确地计算出最低能量构象，并可给出不同系综下体系结构的动力学轨迹。周期性边界条件的引入使得它可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和

溶剂化体系。另外，Discover还提供强大的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力学量以及振动强度。2.MS.DISCOVER模块计算实例——优化FTBC-C4自组装大分

子室温下几何结构（1）建模，选择Discover模块的Dynamics设置参数对话框（2）参数设置：系综：NVT温度：298K步数：20万步步长：0.01fs模拟时长：2ps热浴：Nose（3）Run：开

始运算计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构（4）结果文件输出：计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构（5）结果分析——在三维模型（.xtd）窗口下分

析所需性质概述：3.MS.Dmol3模块独特的密度泛函（DFT）量子力学程序，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、

配分函数、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。基于内坐标的算法强健高效，支持并行计算。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以进行动力学计算。（1）建模，选择Dmol3模块的calculation

设置参数对话框：1）Setup——Task：Energy-单点能GeometryOptimization-几何优化（这里几何优化后结构只有细微改变，不给图片）注：以下计算性能均可以在计算单点能或几何优化时进行计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算

和几何优化2）Electronic设置如图SCF——自洽迭代精度：0.001迭代周期：300圈计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化（2）计算性质选择：Electrondensity-电子密度O

rbitals：电子轨道分布（3）Run：提交任务计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化Im

port：输出Orbitals此图为LUMO分布图：黄蓝颜色描述LUMO轨道电子云分布波函数的正负方向（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质此图为HOMO分布图：黄蓝图描述HOMO轨道电子云分布波函数的正负方向概述：先进的量

子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、

间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟STM图像、计算电荷差分密度。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以计算固体材料的红外光谱。4

.MS.CASTEP模块（1）建模，选择Castep模块的calculation设置参数对话框：1）Setup——Task：Energy-单点能交换关联能：GGA-PW91计算实例——FTBC-C4自组装大

分子单点能计算（castep计算量较大，大模型，不建议用其做几何优化）2）Electronic设置如图SCF——自洽迭代精度：0.0001迭代周期：600圈计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（2

）计算性质选择：bandstructure-能带k点越多精度越高，计算量越大，对于大模型，k点尽量少取即可（GFQZ为布里渊区内对称点）densityofstates（DOS）-态密度Electrondensity-电子密度Orbitals：电子轨道分布（3）Run：提交任

务计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算1）能带分析和dos：view——得到能带图和dos图计算实例

——FTBC-C4自组装大分子单点能计算能带图（左）dos图（右）用来分析杂化轨道相互作用情况和费米能级附近电荷跃迁情况——材料的导电性能计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质

2）STM实验模拟计算图片：模拟STM实验观测到的实验图片，DisplayStyle用来设置等密度面值及其他晶胞和电荷密度面区域的参数。(1)建模,进行结构优化：选择Castep模块的calculation设置参数对话框：1）setup：Task•Geometry

Optimization—几何优化•交换关联能：GGA--PBE计算实例——GaAs光学性质计算2)Electronic设置:•截断能：350eV•K点：4*4*4•SCF—自洽迭代精度：0.00002迭代周期：1003)Run：提交任务计算实例——GaA

s光学性质计算•结构优化：选择Castep模块的Analysis设置参数对话框，进行Structure分析。计算实例——GaAs光学性质计算（2）优化完成后进行能量计算：选择Castep模块的calcula

tion设置参数对话框：1）setup：Task•Energy--能量•交换关联能：GGA--PBE计算实例——GaAs光学性质计算（3）计算性质选择：bandstructure-能带densityofstate(DOS)-态密度Opticalproperties-光学性质(4

)Run—提交任务计算实例——GaAs光学性质计算（5）结果分析：选择需要分析的光学性质参数，进行Calculate，然后进行View。计算实例——GaAs光学性质计算我们可以把Castep分析得到的数据copy到Origin里

面作图，这样比较容易分析。计算实例——GaAs光学性质计算