MS5.5发布会 material studio 5.5

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M t i l Studio Materials St di 5.5 5 5 新功能发布会
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提纲
• 量子力学模块的新功能介绍 • Qmera模块的新功能介绍
单击此处编辑母版标题样式 • 分子力学模块的新功能介绍
• 介观动力学模块的新功能介绍
单击此处编辑母版副标题样式 • 晶体结构解析的更新
• 视窗功能的更新


量子力学模块的新功能
DMol3 1. 基于linear response的TD-DFT技术； 2 用于修正范德瓦耳斯力的DFT+D技术； 2. 3. 适用于周期性体系的Fukui函数；
单击此处编辑母版标题样式 CASTEP
1. 用于提高计算效率的Express参数设置； 参数设置 2. 用于修正范德瓦耳斯力的DFT+D技术； 3. LDA+U用于结构优化；
4 处于试验阶段的Raman 4. R 光谱计算功能 光谱计算功能。

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4. Norm-conserving赝势的正式更新； 5. Raman光谱分析中引入对入射光源波数的设定； 6. EELS分析中引入spin-orbital coupling修正； 7. CPU 数目的动态调整功能。

DMol3中的TD-DFT技术
功能
预测紫外光谱和非线性光学性质 适用于分析化学、颜料以及光电子材料等
非线性光学性质包括：
frequency dependent linear polarizability second harmonic generation (SHG) optical rectification (OR) electro-optic Pockels effect (EOPE) third harmonic generation (THG) dc-induced second harmonic generation (dc-SHG) intensity dependent refractive index (IDRI) electro-optic Kerr effect (EOKE)
优越性
分子的筛选满足给定的性质标准 比半经验方法精度更高 效率高 能够处 更大的体系 效率高，能够处理更大的体系 可以与COSMO模型一起使用
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J Phys.: J. Phys : Condens. Condens Matter 22 (2010) 384208
局限性
闭壳层体系 周期性单元只能考虑gamma点 不给出周期结构的紫外光谱强度 周期结构无法分析非线性光学性质


DMol3中的TD-DFT技术
原理
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Linear response的方法。

• • • ALDA (Adiabatic Local exchange Density functional Approximation, pproximation default) calculates TD-DFT excitations using the ALDA kernel with XC terms included. ALDAx - calculates TD-DFT excitations using a modified ALDA kernel with the exchange term only only. RPA - no exchange-correlation response, only electrostatic response included.
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Ti4+激发态研究
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单击此处编辑母版副标题样式 苯的紫外光谱研究


pH induced absorption changes in solvated phenol red (Phenolsulfonephthalein)
Red : 620 nm Yellow: 580 nm
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low pH form yellow high pH form red
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DMol3中Fukui函数的改良
功能
增加对周期性结构的支持
优越性
用于预测表面以及介、微孔材料的活性位点
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CASTEP中EXPRESS的计算
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CASTEP中EXPRESS的计算
功能
提高计算速度
Setting Xonotlite BGFS opt t MgO (100) BFGS opt t Naphthalene Delocalized D l li d internals opt
优越性
效率提升明显 针对任何交换相关函数 Express p Fine 9000 180000 5500 73000
30 260
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Medium 50000 10000 160 单击此处编辑母版副标题样式
Coarse
5000
7000
100


H
2S 分子晶体的结构优化
精度设置：Express
精度设置：Fine
DFT+D ：TS
Writing analysis data to H2S.castep_bin Initialisation time = 0.45 s Calculation time = 188.61 s Finalisation time = 0.52 s T t l ti 18958Writing analysis data to H2S.castep_bin
Initialisation time = 0.83 s Calculation time = 8470.33 s Finalisation time = 0.75 s 单击此处编辑母版标题样式
Total time = 189.58 s
Total time = 8471.91 s
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实验结构a=4076b=1338c=6721
实验结构：a=4.076；b=13.38；c=6.721
精度设置：Express精度设置：Fine
DFT+D：TS
弛豫结构：a=4.003；b=13.28；c=6.581弛豫结构：a=4.262；b=13.14；c=6.529单击此处编辑母版标题样式
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功能
根据K-point 设置来调整CPU 数目
优越性
提高并行效率单击此处编辑母版标题样式
速度提升
Si ，7*7*7 K mesh
单击此处编辑母版副标题样式*
*
*
*
**
*
*
*
六方ZnO 的几何优化
Accuracy ：Ultrafine
K mesh ：5*5*4（10个k points ）Cores ：32Calculation parallelised over 32 nodes.
K i t di t ib t d 2h t i i 16d 单击此处编辑母版标题样式
未优化CPU 数目
K-points are distributed over 2 groups, each containing 16 nodes Writing analysis data to ZnO__2_.castep_bin Initialisation time = 1.18 s Calculation time = 175.43 s Finalisation time = 0.08 s Total time = 176.69 s
Peak Memory Use = 92887 kB
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优化CPU 数目
Calculation parallelised over 30 nodes.
K-points are distributed over 10 groups, each containing 3 nodes.Writing analysis data to ZnO__2_.castep_bin Initialisation time = 1.28 s Calculation time = 92.14 s Finalisation time = 0.26 s Total time = 93.68 s P k M U 99391kB
Peak Memory Use = 99391 kB
功能
使入射光源的频率可调
优越性
进一步与实验保持一致
进一步提高了与实验数据的可比性
单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
功能
加入旋轨耦合效应
优越性
进一步与实验保持一致
进一步提高了与实验数据的可比性
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•Ni2Si, EELS Ni L-spectrum
•Splitting is 17 eV, two peaks are well separated
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CASTEP中Norm-conserving赝势的更新
g
功能
通过OPIUM程序，分别基于LDA和PBE，重新计算了各个元素的模守恒赝势
优越性
提高了力学性质，声子计算的精度
提高了力学性质声子计算的精度
单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
CASTEP和DMol3中的DFT+D技术
功能
修正DFT理论对于范德瓦耳斯力的描述
优越性
对于分子间相互作用的描述更准确
单击此处编辑母版标题样式对于分子的构象研究更准确
原理
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CASTEP和DMol3中的DFT+D技术
局限性
提供三种方法，各自有对应的交换相关函数各种方法均有使用范围
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乙醇分子晶体的结构优化
精度设置：Express 精度设置：Express
DFT+D ：TS
Writing analysis data to ethanol.castep_bin Initialisation time = 0.72 s C l l ti ti 167956Writing analysis data to ethanol.castep_bin Initialisation time = 0.72 s C l l ti ti 47312单击此处编辑母版标题样式
Calculation time = 1679.56 s Finalisation time = 0.47 s Total time = 1680.75 s
Calculation time = 473.12 s Finalisation time = 0.98 s Total time = 474.83 s
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实验结构a=5377b=6882c=8255beta=1022
实验结构：a=5.377；b=6.882；c=8.255；beta=102.2
精度设置：Express精度设置：Express
DFT+D：TS
弛豫结构：a=5.398；b=6.913；c=8.188弛豫结构：a=4.099；b=8.182；c=4.279单击此处编辑母版标题样式
beta=102.433beta=114.124
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单击此处编辑母版标题样式Qmera模块的新功能介绍
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QMERA 功能更新
•新的TS Search 任务
–验证vs pure DMol 3
乙烯醇反应异构化
•周期性QM 范围
–处理有机/无机界面问题
–E g DMol 3QMERA 单击此处编辑母版标题样式
E.g. 对于有机分子在金属表面的研究(SAMs)单击此处编辑母版副标题样式•对于QM 原子相互作用的离散修正法
Fischer et al., Langmuir 2003
–Parameters from Grimme J Comput Chem 27, 1787 (2006)
QM/Mm分子筛模型
•力场；Sauer，Universal
•构建有限团簇作为周期性格子模型
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QM 模型包括T3 或者T5团簇+
吸附质
静电添加嵌入法
QMERA 过渡态搜索验证
F 或者H 沿着纳米管移动的能垒是多少？
reactant product
单击此处编辑母版标题样式Setup 单击此处编辑母版副标题样式p
Bauschlicher: ONIOM(4-31G/B3LYP//UFF)
QMERA:QM-Pot(dnp/PBE//UFF)
Reference: Results
Bauschlicher:
F jump:12.4 kcal/mol H jump:38.1 kcal/mol Bauschlicher, Chem Phys Lett 322, 237 (2000)
QMERA: F jump: 16.1 kcal/mol
H jump:30.5 kcal/mol
分子力学模块的新功能GULP 1.加入反应力场ReaxFF-1加应力场；
2.加入隐性力场模型COSMO ；
3单击此处编辑母版标题样式3.加入电场；4.加入新的力场。

Forcite plus
1.加入摩擦和流变模拟；
2加入电场单击此处编辑母版副标题样式
2.加入电场；
3.加入大分子扩散研究；
加密度析
4.加入密度场分析。

GULP 中的反应力场ReaxFF-1
功能
研究化学反应
优越性
单击此处编辑母版标题样式比量子力学程序效率高局限性
C H O 目前只包含C,H,O 三种元素
单击此处编辑母版副标题样式Adri van Duin homepage
van Duin, J Phys Chem A 105(2001) 9396
GULP 中的电场功能
功能
外加一个静电场
优越性
单击此处编辑母版标题样式可以研究外场存在条件下的力学、动力学性质局限性
目前只针对团簇和表面
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GULP中的隐性力场功能
功能
通过COSMO 模型代表溶剂分子
优越性
减少计算量
单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
GULP
中的新增加部分力场功能
处理更多体系
Tiwary 力场
针对UO 体系单击此处编辑母版标题样式y 2FFSiOH 力场
针对各种晶型SiO 2以及基于SiO 2的各种介、微孔材料MEAM-1nn 力场
改良的Baskes EAM 势基于键序模型针对适用于VBO 力场
基于键序模型，针对Al 和H ，适用于Al 团簇的研究Mei-Davenport 力场用于研究Al 的EAM 势单击此处编辑母版副标题样式
经典模块
, Forcite Plus Forcite plus 中的新功能
•预测表面摩擦和流变
p –模拟两个表面的剪切
单击此处编辑母版标题样式•研究分子液体的极化效应–对单胞施加电场
•估测大分子扩散restraint energies 单击此处编辑母版副标题样式–采用restraint energies 来拉动分子穿过基质•密度场分析
–改进了复杂结构的可视化功能
介观动力学模块的新功能介绍
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中尺度建模及Mesocite 模块
Mesocite 中的新功能
•模拟工艺条件
–采用晶格转换的剪切模拟格转剪模
–仅仅指DPD 任务
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•密度场分析
–产生珠子的密度场
•采用物理单元建立中尺度模型
–保留珠子信息（如力场类型）
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晶体结构解析的更新
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Polymorph
中的并行计算
功能
结构优化功能实现了并行计算
y p 优越性
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提高计算效率单击此处编辑母版副标题样式
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视窗功能的更新
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可视化
•矢量性质–原子
•力，速度
–分子
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•偶极距
–振动模式•费米面
–CASTEP 和DMol 3的结果
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硬件支持平台
•Windows 7和Windows Server 2008 R2–64-bit 支持
•Adsorption Locator, Amorphous Cell, Blends, 单击此处编辑母版标题样式CASTEP, COMPASS, CCDC, Conformers, DMol3, Forcite Plus, GULP, Mesocite, Morphology,
ONETEP Polymorph QSAR Reflex Reflex Plus ONETEP, Polymorph, QSAR, Reflex, Reflex Plus, Reflex QPA, Sorption, VAMP, and X-Cell 32bit 单击此处编辑母版副标题样式–32-bit 仅仅支持其它模块(包括Visualizer)
谢谢各位老师！
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