【PDF】计算材料学MDexpRef
金属材料学(11)计算材料学2006.9.1
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金属材料学
西北工业大学
材料学院
本科生学位课
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生物
人高 針頭 紅血球 分子及DNA 氫原子 100萬奈 米 1千奈米 1奈米 0.1奈米 20億奈米
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基本粒子 原子核 原子 最小 的细胞 DNA长度 人
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
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美国国家科学研究委员会报告
专门报告指出，由于理论和计算能力的进步 ，已经可能实现从理论上预测新材料。 同时，计算机能力将由于并行化而提高2-3 个数量级，对于材料科学中的理论与计算将 带来新的机遇。
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西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
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材料设计的展望
(4)材料研究和制备的许多复杂的物理、化学过程 需要用计算机进行模拟和计算，提供实验难以得 到的信息。 (5)原子、分子为起始物的材料合成和在微观尺度 上控制结构，是现代先进材料的重要发展方向， 材料微观设计不可缺少。
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西北工业大学
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
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美国NRC 指出的9个机遇
计算材料学课程简介和教学大纲
4
编程，上机
4
分子动力学方法的软、硬球模型（讲授）
5
分子动力学计算方法在材料科学中的应用（讲授）
5
量子力学基础知识（讲授）
6
分子的结合能及其计算（讲授）
6
物质的能带结构及其计算（讲授）
7
编程，上机
7
多电子体系的电子态、密度泛函概要（讲授）
8
编程作业讲评（讲授与互动）
8
总复习、答疑（讲授与互动）
备注 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时 3 学时
的问题。
AM
1 M
M i1
A(Xi )
求解该问题首先需要建立系统分子运动方程，然后通过直接对系统中的每个分子运动
方程进行数值求解，得到每个时刻各个分子的坐标与动量随时间的迁移，即在相空间的运动 轨迹，再利用统计的方法得到多体系统的静态和动态特性，从而得到系统的宏观性质。
本次课程主要讲述求解分子动力学运动方程的方法，如：Verlet 法、蛙跃法和 Gear 方法（预纠法） 等。
期末开卷考试：80％。 四、教学安排
每周 6 学时，共 8 周（其中安排编程、上机调试 6 学时）。 （一）主要内容：
第一章 微分方程的常用数值计算方法(6 学时) 1.1 差分格式 1.2 线性方程组的数值计算方法 1.3 MATLAB 语言基础
第二章 蒙特卡罗方法（6 学时） 2.1 蒙特卡罗方法基础知识 2.2 蒙特卡罗方法在材料科学中的应用
simulation on materials science are illustrated.
计算材料学简介
Born-Oppenheimer Approximation
波恩-奥本海默近似
电子与核运动分离
2 H i 2m i
2
i, p
Z pe rip
2
i, j
e rij
2
1. Kinetic energy of Electrons 2. Attraction of electrons to nuclei 3. Repulsion between electrons
结果 用笔和纸计算 分析方法 计算机编程 数值方法
原子分子层次的数学描述
材料问题
计算材料学有什么用途？
Confirming, interpreting and rationalizing experimental results Predicting materials properties and future experimental results
Computations are cheaper and often faster
1943年世界第一台计算机ENIAC The ENIAC filled an entire room, weighed thirty tons, and consumed two hundred kilowatts of power.
chemistry into a new era where experiment and
theory can work together in the exploration of
量子化学从二十世纪30年代初的理论奠 基到90年代末在计算技术与应用上的成熟， 经历了漫长的将近七十年 这是几代杰出物理学家和化学家不懈努 力的结果，并得益与计算机和计算技术的巨 大进步
XRD图谱的分析与计算 MDI JADE 中文使用手册 pdf带书签
设置文本文件格式
设置文本文件格式
文本格式的图谱文件总是受到人们的欢迎，而使用上可能被某个小问题卡住了，因此，这里 举一个实例介绍。 如果你的文本格式设置不对，可能的情况有两种： 一是根本不能读入，显示一个错误提示：
第一种情况是读入的角度不对。 对于后一种情况是特别要注意的，因为各人使用的 JADE 设置不同，可能导致结果完全不同。 实际上，JADE 所需要的只是两个数据，一是角度，二是强度，因此，这里介绍最简单的办 法： 下面分三种情况以实例说明设置方法： A 最简单的设置 选择菜单 File-Save-Setup Ascii Export……命令，打开下面的对话框数：据 点 开 始 行
黄继武 2006 年 7 月 8 日于中南大学
E0731-8836426 QQ：406089079
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进入Jade .................................................................................................................1 读入文件.................................................................................................................2 设置文本文件格式.................................................................................................4 基本功能操作.........................................................................................................9 基本显示操作.......................................................................................................14 PDF卡片索引的建立 ...........................................................................................15 物相检索...............................................................................................................16 PDF卡片查找 .......................................................................................................20 寻峰.......................................................................................................................22 RIR方法计算物相质量分数 ................................................................................ 24 计算结晶化度.......................................................................................................26 打印预览...............................................................................................................28 图谱拟合...............................................................................................................29 制作仪器半高宽补正曲线...................................................................................31 计算晶粒大小及微观应变...................................................................................33 角度补正曲线的制作...........................................................................................36 计算点阵常数.......................................................................................................37 计算已知结构的衍射谱.......................................................................................39 计算残余应力.......................................................................................................40 多谱显示...............................................................................................................44 多谱拟合...............................................................................................................46 计算RIR ................................................................................................................ 49
计算材料学尉渊
计算材料学尉渊材料学是研究材料的结构、性能、制备和应用的学科。
它是现代科学的一门重要学科，涉及到材料的物理、化学、工程学等多个领域。
材料学的发展不仅对科学研究有着重要意义，也对人类社会的进步和发展起着至关重要的作用。
材料学的研究内容涉及到多种材料，包括金属、陶瓷、高分子、复合材料等，以及它们在各个领域的应用。
通过对材料的研究和分析，可以揭示材料的结构、性能和制备过程，从而为材料的设计和应用提供科学依据。
首先，材料学的研究主要关注材料的结构。
材料的结构决定了它的性能，因此对材料的结构的了解是非常重要的。
材料学家通过利用各种材料表征技术，如X射线衍射、透射电子显微镜等，分析材料的晶体结构、晶粒尺寸、组织形貌等参数，从而揭示材料的内在结构特征。
其次，材料学的研究还关注材料的性能。
材料的性能是指材料在特定使用条件下的表现。
不同材料的性能差异很大，有些材料具有优良的导电性，适合用于电子器件的制造；有些材料具有高强度和良好的耐腐蚀性，适合用于航空航天领域等。
材料学家通过对材料性能的研究，可以为材料的改良和应用提供指导。
另外，材料学的研究还关注材料的制备方法和工艺。
不同的材料制备方法，会对材料的结构和性能产生重要影响。
因此，研究材料的制备工艺是非常重要的。
材料学家通过研究和改进传统的制备方法，如溶液法、热处理等，以及开发新的制备方法，如激光熔覆、电化学沉积等，实现对材料制备过程的控制和优化。
最后，材料学的研究还关注材料的应用。
材料学家在研究材料的基础上，将其应用于各个领域。
在航空航天、能源、电子器件等领域，材料的性能和稳定性要求很高，因此需要研究开发新材料，以满足实际应用的需求。
材料学为各个领域的技术进步和创新提供了重要的支撑。
综上所述，材料学是一门综合性的学科，它研究材料的结构、性能和制备方法，以及材料在各个领域中的应用。
材料学的发展对推动科学研究和人类社会的进步起着不可或缺的作用。
随着科技的发展和人们对新材料需求的增加，材料学将继续发展壮大。
计算材料学
分子动力学理论及其模拟方法摘要:本文阐述了分子动力学的基本理论以及分子动力学模拟的方法,清楚地解释了从头计算理论、自洽场理论，然后对一些基本概念比如力场、牛顿运动方程及其数值解法、系综、周期性边界条件、积分步长作了一些阐述。
分析和总结了分子动力学模拟的基本步骤,并且在材料科中的应用情况进行了简要概述。
接着对分子动力学模拟的发展及应用前景作了一些论述关键词:分子动力学；模拟；从头计算；自洽场；牛顿动力学正文：分子动力学是一门结合物理，数学和化学的综合技术。
分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系综中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。
分子动力学模拟(moleculardynamics simulation , MD) [1]是在评估和预测材料结构和性质方面模拟原子和分子的一种物质微观领域的重要模拟方法,通过计算机对原子核和电子所构成的多体体系中的微观粒子之间相互作用和运动进行模拟,在此期间把每一原子核视为在全部其他的原子核和电子所构成的经验势场的作用下按照牛顿定律进行运动,进而得到体系中粒子的运动轨迹,再按照统计物理的方法计算得出物质的结构和性质等宏观性能。
简而言之即是应用力场及根据牛顿运动力学原理所发展的一种计算机模拟方法。
分子动力学模拟是一种非常有效的计算机技术已成为重要的科学研究的方法之一。
1分子动力学的基本理论1.1从头计算理论原则上讲，有了HFR方程（不论是RHF方程或是UHF方程）,就可以计算任何多原子体系的电子结构和性质。
真正严格的计算称之为从头计算法。
RHF方程的极限能量与非相对论薛定谔方程的严格解之差称为相关能。
对于某些目的,还需要考虑体系的相关能。
UHF方程考虑了相关能的一小部分，更精密的作法则须取多斯莱特行列式的线性组合形式的波函数，由变分法求得这些斯莱特行列式的组合系数。
材料表征教学资料 pfm cafm
d33
-d33
6
压电力显微 (piezoelectric force microscopy)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
lateral PFM: shear displacement
V = Vdc +Vac coswt
畴控制整理测课件量
12
压电力显微 (piezoelectric force microscopy)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
spectroscopic: step-bias testing 整理课件spectroscopic: pulse-biased testing 8
压电力显微 (piezoelectric force microscopy)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
偏压与测量
spectroscopic: step or pulse?
A cosj
=- K klever
¶C ¶z
《计算材料学》课程教学大纲
课程性质 (Course Type)
授课语言 (Language of Instruction) *开课院系 （School）
先修课程 （Prerequisite）
授课教师 （Teacher）
必修
双语
材料科学与工程学院
材料科学基础，材料热力学，统计物理，固体物理
金朝晖，张澜庭，顾剑锋，韩 先洪，刘晓晖，孙锋
课程教学大纲（course syllabus）
*课程目标 (Learning Outcomes)
1．掌握物理、化学的基础理论知识，能将相关知识和数学模型方法用于专业工程问题解决
方案的比较与综合（支持毕业要求 2.4，5.1）
2．掌握从事材料类工程工作所必须的专业基础知识 （支持毕业要求 2.4，5.1）
的典型应用 掌握基于机器学 习方法进行材料 性能预测的软件 使用
随堂测试
实验报告 评估
*考核方式 (Grading)
（成绩构成）实验报告 50% + 随堂测试 50%
*教材或参考资 料
(Textbooks & Other Materials)
教学参考资料： （1）《分子模拟—从算法到应用》，Frenkel & Smit 著，汪文川译，化学工业出版社 （2）《计算材料学》，D. Raabe 著，项金钟、吴兴惠译，化学工业出版社 （3）《有限元法基础》，李人宪著，国防工业出版社 （4）Surya R. Kalidindi, Chapter 1 Materials, Data and Informatics, in Hierarchical Materials Informatics: Novel Analytics for Materials Data, Butterworth-Heinemann 2015, ISBN: 978-0-12410394-8, pp.1-32
计算材料学-概述2017-3-16
1998年美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心发 表了题为“数字地球─21世纪认识地球的方式”的演 讲，指出：“在发明计算机之前，用实验和理论的方 法来研究都很受限制。许多实验科学家想研究的现象 都很难观察到，它们不是太小就是太大，不是太快就 是太慢，有的一秒钟之内就发生了十亿次，而有的十 亿多年才发生一次。另一方面纯理论又不能预报复杂 的自然现象所产生的结果，如雷雨或飞机上空的气 流”。“有了高速计算机这个新工具，我们就可能模 拟以前不可能观察到的现象，同时能更准确地理解观 察到的数据。这样，计算科学使我们能超越实验与理 论科学的局限，建模与模拟ห้องสมุดไป่ตู้了我们一个深入理解正 在收集的有关地球的各种数据的新天地”
1954年11月，费米逝世，他的合作者继续工作， 于1955年5月写出Los Alamos 研究报告LA-1940。这篇 秘密报告历经多年、解密后被正式收入《费米全 集》。这篇具有重大意义的报告，被许多人认为是 计算物理的正式起点，因为它提出了许多问题，带 来了当时谁也未曾想到的重大发展。
从此，物理问题的计算与计算机相互促进，开始 蓬勃发展。
计算材料模拟的尺度
1m, 1s
10-9m, 10-10s
计算材料学概述
计算材料学的起源、发展与趋势 计算材料学的重要性 计算材料学的方法、层次与特点
科学的体系和结构发生深刻变化
对 象： 宏观现象 微观本质 方 法 学： 描述、归纳 演绎、推理 理论层次： 定性 定量
计算化学 计算物理
计算材料学起源-科学计算
1983年，在美国国防部、能源部、国家科学基 金会和国家航天局主持下，以美国著名数学家拉克 斯为首的不同学科的专家委员会向美国政府提出报 告，强调“科学计算是关系到国家安全、经济发展 和科技进步的关键性环节，是事关国家命脉的大 事”。
计算材料学讲义 PPT
0 x1
0
y
1
1 z 1
x1 r•cos
cos sin 0
R
, z
(
)
sin
cos
0
0
0 1
y1 r•sin
x2 r•cos( )
r•(cos•cossin•sin) x1cosy1sin
y2 r•sin()
r•(sin•coscos•sin) y1cosx1sin
（3）了解Herman-Mauguin空间群符号
• 空间群是经常用简略Herman-Mauguin符号(即Pnma、 I4/mmm等)来指定。 在简略符号中包含能产生所有其余 对称元素所必需的最少对称元素。
• 从简略H-M符号，我们可以确定晶系、Bravais点阵、点群
和某些对称元素的存在和取向（反之亦然）。
1 0 0 cossin0 cossin0 0 1 0 sincos0sincos0 0 0 1 0 0 1 0 0 1
（7）反轴和映轴间的对应关系
• 旋转倒反轴和旋转反映轴之间存在简单的一一对应关系，旋 转角度为q的反轴和旋转角为(qp)的映轴是等价的对称轴。
• 这一关系也很容易从他们的表示矩阵看出。所以1次， 2次， 3次， 4次和6次反轴分别等价于2次， 1次， 6次， 4次和3 次映轴。
（4）反映面--镜面 ① 反映面，也称镜面，反映操作是从空间某一点向反映面 引垂线，并延长该垂线到反映面的另一侧，在延长线上取 一点，使其到反映面的距离等于原来点到反映面的距离。 符号为m (s)。 ② 为了表示反映面的方向，可以在其符号后面标以该面的 法线。如法线为[010]的反映面，可记为m [010]。
旋转轴的次数(或重数)，符号为n (Cn)。其变换矩阵为：
第2讲 计算材料学简介
10μm 的立方体将包含高达1015个原子， 对如此巨大的体系进行
模拟是难以想像的。 2、另一方面时间标度往往超过100 ns ，大大超过了目前MD所
能模拟的时间。
总之，这个层次的直接模拟非常困难， 即使目前的大型计算 机也只能勉强承受。 介观层次现象的理论尚处于起步阶段， 远不 如前述的两个层次成熟， 一些模型只是对原子分子层次或宏观层 次所作计算的经验性外推，很多实验现象都不能得到合理解释。
Monte Carlo方法
Monte Carlo 原为地中海沿岸Monaco(摩纳哥)的一个城市的地 名, 是世界闻名的大赌场，Monte Carlo方法的随机抽样特征在它 的命名上得到了反映。
Monte Carlo方法解决的问题： 1、问题本身是确定性问题，要求我们去寻找一个随机过程，使该 随机过程的统计平均是所求问题的解； 2、问题本身就是一个随机过程，可根据问题本身的实际过程来进 行计算机模拟，并采用统计方法来求得问题的解。
图3-7 不同浓度C16E5在水溶液中的聚集形态变化 (a) C16E5:Water=12:88,(b) C16E5:Water=15:85,(c) C16E5:Water=35:65 (d) C16E5:Water=65:35
介观层次模拟方法应用实例——
初始构型 平衡构型
油滴在岩石表面运移模拟
介观尺度计算存在的困难
问题本身是确定性问题
问题本身是一个随机过程
图3晶体生长过程中某些时刻的原子位置图 晶相逐渐向液相推移，液相原子最后找到自己的平衡位置， 结晶结束，全部液相转变为固相。
3、介观层次
由于大分子(包括聚合物和生物大分子) 以及某些相对稳定的
计算材料学(第一性原理,密度泛函理论,分子动力学)-md资料
力学量的取值
• 经典力学中，物体任何力学量的取值都是确定的，可以用力学量来完 全描述。 • 对于微观粒子，只有当它处于某力学量算符的本征态时，该力学量才 有确定值，这个值就是该本征态下算符的本征值。当粒子处于任意波 函数描述的状态时，力学量取值不是确定的，而是存在统计分布。 • 与厄密算符对于得本征函数系是一套正交归一完全系，任意波函数都 可以通过这一套完备基来展开。而任意波函数的力学量取值必为本征 谱中的一个值。 其概率为本征值对应的波函数的因子
波函数
定态薛定谔方程
• 假如体系的势场与时间无关，薛定谔方程可以利用分离变量法求解
• 令
代入上式
左边只与位置有关，右边只有时间有关。因此，只有两边同时等于常数时 才有解。令此常数为E，则得到两个方程:
容易解出： 波函数的形式可以更加具体为： 此即为定态波函数的形式
算符
• 量子力学中，所谓算符就是作用在一个函数上，得到另个一个函数的
K-S方程求解 （SCF）
求解条件：用来构造有效势的 电荷密度与解Kohn-Sham方程 得来的电荷密度一致。 解Kohn-Sham方程，这一步 计算量最大，里面需要用到许 多技巧，比如平面波展开，赝 势等。
SCF：自洽求解
交换关联函数， LDA
• 交换关联势在意义上是非局域的，我们前面提到这一部分包含两部分 交换相互作用和关联作用（即是有相互作用粒子和无相互作用粒子的
非自旋极化系统，
自旋极化系统，
电子气关联能的表达式，
交换关联函数， GGA
• 在L(S)DA的基础上，人们又进一步发展了广义梯度近似(GGA)。 GGA在L(S)DA的基础上，认为交换关联能 不但是电子密度的函数， 而且还是其梯度的函数。其表达式为：
【PDF】计算材料学MDexp1
Actually for the diamond structure, two fcc structure are nested together, the second group of fcc atoms are arranged in the interspace of tetrahedron alternately.
fcc lattice defect-free state, vacancy
Supercell
N, PBCs
Interatomic potentials
EAM (Cu)
Ensembles
MinimizeΒιβλιοθήκη 1.进入实验2的目录。$ cd□../2_point $ ls
2.打开input文件，学习删除和增加原子的相关指 令 $ gedit□in.vacancy $ gedit□in.inter
6.用gnuplot画图软件作图，得到晶格长度与 体系能量的关系，能量最低处对应的晶格长 度即是晶格常数。 $ gnuplot p□‘data.d’□u□1:2□w□lp gnuplot的基本操作参见实验教程附录5
1. 平衡晶格常数
找到能量最小处对应的 晶格常数
2. 体弹模量
Birch–Murnaghan equation：
退出
实验要求
计算Si在diamond、fcc晶格类型时的平衡晶格常数和
体弹模量。在充分理解实验原理的基础上，尝试完成以下
内容：
（1）修改input文件，计算si在bcc、sc的晶格类型下的平
衡晶格常数和体弹模量。比较四种晶格类型下的晶格基态
能。
（2）尝试改写input 输入脚本，利用所提供的势函数文件，
Ensembles
【PDF】计算材料学MDexp0
这个命令可以使用长格式显示文件内容，如果需要察看更详细的文件资料， 就要用到ls -l这个指令。例如我在某个目录下键入ls -l可能会显示如下信息 （最上面两行是我自己加的）： 位置1 文件属性 2 3 4 Guest root root 5 users root bin 6 1024 89080 5013 7 文件名 Mail tar* uname* Nov 21 21:05 Nov 7 22:41 Aug 15 9:32
/fs /init . /ipc
：包含linux支持的文件系统。 : 包含main.c,保存大部分协调内核初始化的代码。 ：实现了SYSTEM V的进程间通讯IPC。
Байду номын сангаас
/include ：包含源程序中大部分包含（.h）文件。
/kernel ：包含了linux最重要的部分：实现平台独立的基本功 能，包括Sched.c、fork.c、exit.c。 /lib :存放字符串和内存操作函数。 /mm ：包含与体系结构无关的内存管理代码。 /net ：包含了linux应用的网络协议代码。 /script ：包含用来配置内核的脚本。
/usr 按照约定，这个目录用来存放与系统的用户直接相关的程序或文 件，这里面有每一个系统用户的主目录，就是相对于他们的小型 “/”。
l /proc 这个目录下面的内容是当前在系统中运行的进程的虚拟镜像，我 们在这里可以看到由当前运行的进程号组成的一些目录，还有一 个记录当前内存内容的kernel文件。
/etc 这个目录一般用来存放程序所需的整个文件系统的配置文件, 其中的一些重要文件如下: passwd shadow fstab shells services lilo.conf hosts motd profile
【精编范文】计算材料学word版本 (8页)
计算材料学，是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、 数学 、化学等多门学科。
随着科学技术的发展，科学研究的体系越来越复杂，传统的解析推导方法已不敷应用，甚至无能为力。计算机科学的发展和计算机运算能力的不断提高，为复杂体系的研究提供了新的手段。以材料这样一个典型的复杂体系为研究对象的新学科— 计算材料科学也应运而生，并迅速得到发展。
计算材料学主要包括两个方面的内容:一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程;另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。
四、项目实施结果：
1.各种情况下能量温度曲线
能量
能量
温度/K
温度/K
铁磁正方形点阵温度和能量曲线 铁磁三角形点阵能量与温度曲线
能量
温度/K
反铁磁性正方形点阵能量温度曲线
能量
能量/K
反铁磁性正方形点阵外场为0.5时能量温度曲线
2.各种情况下磁化强度和温度的关系曲线强度
磁化温度/K
铁磁正方形点阵磁化强度能量曲线
4.out：温度；能量升高而被接受的数目；能量下降而被接受的数目；被拒绝的数目 2、gnuplot 作图
实验 报告
作温度与能量图：p “file2.out” u 1:2 w p ps 3 pt 5 作出file2.out 中第1 列与第2 列数据；
计算材料学的方法
计算材料学的方法我折腾了好久计算材料学的方法，总算找到点门道。
一开始我真是瞎摸索。
我知道计算材料学嘛，就是用计算机来模拟材料的各种性质、结构之类的。
那首先得了解有啥软件能用呗。
我试过好几个软件，像VASP就挺有名的。
就拿算材料的晶体结构这事儿来说。
刚开始用VASP的时候，那个输入文件就把我搞晕了。
得设置好多参数，就好像你要做一道很复杂的菜，各种各样的调料放多少，火候怎么控制很让人头疼。
我一开始就完全凭感觉设置那些晶格参数，结果算出来的数据完全不对，那真是失败得一塌糊涂。
后来我才知道，这些参数得根据材料的实际情况，查看一些参考文献，看别人类似材料是怎么设置的，就像做菜前先看看菜谱一样。
计算材料的电子结构也是个难题。
我尝试用不同的算法，有一次我选了一个看起来很高大上的算法，觉得肯定能行，谁知道运行半天出来结果简直离谱。
我才意识到，算法不能瞎选。
要根据材料体系的大小、复杂度，还有你的计算资源来定。
如果材料体系比较小，那些精度高但很耗资源的算法可能还是可以试试的。
但要是体系大，得选择更高效的算法，就像小物件可以用很精细的工具打造，但大工程得用更粗旷但效率高的设备。
还有数据处理这一关。
算出来的数据可能是一大堆乱七八糟的数字。
我开始都不知道怎么提取有用信息。
我就自己一点点摸索，把那些数据导出来，用Excel慢慢整理，试着画图看趋势。
后来发现有专门的数据处理软件，这可省了我不少事。
比如Materials Studio里面就可以直接处理很多VASP算出来的数据，就像有个专门的管家来帮忙整理乱糟糟的屋子。
我觉得计算材料学嘛，最要紧的就是多参考别人成功的案例，就像站在巨人的肩膀上。
遇到问题多在一些论坛或者学术交流群里问。
我有一次遇到一个错误代码，怎么找资料都解决不了，结果在一个小论坛上一问，有个大神几句话就给我点明了方向。
你要是刚接触计算材料学，不要上来就追求高大上的模拟，先从简单的结构和性质算起来，把每个步骤都搞清楚，就像学走路先从稳稳地站着开始，别想着一开始就跑。
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计算材料学
分子动力学上机实验教程（2014.04）
课时安排、重要通知、更新、软件下载请见：
上机实验相关软件分类介绍
分子动力学：LAMMPS --- 附录1
操作系统：CentOS（linux）--- 附录2
可视化：Atomeye --- 附录3（课堂使用），OVITO --- 附录4（推荐课下使用）
画图：Gnuplot --- 附录5
文本编辑：Gedit：Linux，GNOME桌面环境下兼容UTF-8的文本编辑器。
它使用GTK+编写而成，简单易用，支持包括gb2312、gbk在内的多种字符编码。
远程登录和文件传输：sftp（Xmanager）
附录1.
LAMMPS介绍：
LAMMPS-Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator, 大规模原子分子并行模拟器。
美国Sandia 国家实验室开发，开放源代码且可以免费获取使用，使用者可以根据自己需要自行修改源代码。
LAMMPS可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数。
且LAMMPS有良好的并行扩展性。
材料领域，LAMMPS已经是准标准化的分子动力学软件。
LAMMPS官网：/
使用LAMMPS:
(1)输入一般至少包括两个：
(a)input文件: LAMMPS命令集成在该文本中，可以包括MD相关的模型结构，弛豫条件，加载方式，输出
内容等绝大多数信息。
具体每一行语句在官网上有详细的解释。
我们学习的一项主要内容是理解和改写input文件。
(b)势函数文件：将势函数的参数等信息独立出来，写成单独的一个文件，在input文件内调入使用。
(2)运行软件：
保证当前目录下写好了input文件和势函数文件，终端上输入命令（串行）:
(3)输出一般有三个部分：（所有输出都与input文件与输出相关的指令相关）
(a)直接输出在屏幕上，一些程序运行的关键信息直接出现输出屏幕上，一般是整个体系的信息。
这些内容默
认保存在mmps文件里，我们称为log文件。
(b)输出记录每个原子信息的文件，有多种形式，我们的到的x.cfg文件是可以被可可视化软件Atomeye直接
读取的。
也可以用gedit直接打开，可以看到每一行记录一个原子的信息，比如坐标，速度，动能，势能等。
(c)其它按照input文件中的指令计算并输出的文件或者是对log文件中的内容处理提取得到的文件。
同样可
以用gedit打开，我们可以对其进行后续的分析，计算，画图等处理。
Input脚本语法介绍：
（LAMMPS版本更新非常快，这里只是对本课程所需的命令及其它部分常用命令的介绍，关注LAMMPS官网/，是学习LAMMPS最有效的方法！）
以下□表示空格,红色表示可更改的参数
2.几种常见的建模建立及其它处理：
（1）：构建晶体
8.输出的相关指令
附录2.
Linux操作系统介绍：
Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统，存在着许多不同的Linux版本，但它们都使用了Linux内核。
Linux可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。
Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。
附录3.
Atomeye介绍：
可视化软件Atomeye是一款小巧，功能强大的可视化软件，由麻省理工学院（MIT）教授李巨博士早年间编写开发，官网：/Archive/Graphics/A/
附录4.
OVITO介绍：
OVITO是一款由德国达姆施塔特科技大学（Darmstadt University of Technology）的Alexander Stukowski博士开发的针对分子模拟数据进行科学可视化和分析的软件。
该程序是开源的，并支持所有的主流平台。
关于OVITO的文献是2010发表在Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering杂质上的Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO–the Open Visualization Tool，18 (2010) 015012。
OVITO的官方网站是/，在官网上可以查看OVITO的使用手册，下载地址/index.php/download2。
相比于Atomeye，OVITO更好的支持Windows平台，极易安装。
使用体验方面它更直观，易上手，不需要记住大量命令，可以用鼠标实现大多数操作，更偏向于商业软件。
推荐大家课下，在windows平台上，自行下载和使用。
附录5.
Gnuplot介绍：
gnuplot是一款命令行的交互式绘图工具，通过命令实现逐步设置，修改绘图环境，拟合函数等进一步分析。
分子动力学实验报告
（2013 至2014 学年第_2_学期）
班级姓名学号
实验名称成绩
一、实验目的
二、实验原理
（实验中用到的理论基础、模拟计算的方法等）
三、实验过程
（实验中具体的操作步骤,包括所用到的各项命令，实验数据的记录，过程中发现的问题等）
四、结果与分析
（分析实验中看到的现象，进行必要的数据分析，得出实验的结论）
五、实验结论
（六、本实验对认知材料计算模拟有哪些帮助？）。