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培训新闻

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Materials Studio 7.0 新版本发布

2013-11-27        

请点击>>【Materials studio 7.0版本新功能发布会邀请函】
                 【Materials Studio 7.0 新版本PDF资料】


        Materials Studio7.0是Materials Studio软件的最新版本。作为全球最大的分子模拟软件提供商Accelrys公司关于材料结构设计模拟及性质计算的唯一工具软件—Materials Studio集成了目前分子模拟领域的各种先进方法和优异的建模及可视化性质分析工具。基于最新的7.0版本,研究人员可以更高效精确的对几乎所有种类的材料进行模拟,包括半导体、金属及合金、陶瓷、催化剂、高分子及其复合材料、电池和燃料电池、各种纳米材料和药物等等。


MS 7.0的主要优越性
 DMol3模块的计算效率相较于MS 6.1获得了引人注目的大幅提升;
•  DFTB+支持基于非平衡格林函数法(NEGF)计算电子输运性能,输出包括透射函数、伏安曲线、电荷密度等数据;
•  Forcite plus支持分子在溶液及聚合物中的溶解自由能计算;
•  新增COMPASS II力场添加对离子液体的支持,强化对聚合物和杂环体系的计算精度;
•  CASTEP支持NEB的方法进行过渡态确认;
 Amorphous Cell构建大体系的效率相对于旧版本有大幅提高;
 Visualizer新增用于电子输运性能计算的电极模型搭建功能;
 支持在模块操作面板中直接生成相应脚本,进一步提升脚本编辑、使用效率。
 
MS7.0各模块的新特性——量子力学模块
DMol3
 计算效率大幅提升:改进了多核计算机的并行效率,和使用内存和硬盘访问的控制,带来计算效率的显著提升(图1,表1以及表2);
图1. DMol3计算所用FAU传统晶胞 (576 个原子)
  MS 6.1 MS 7.0
Wall clock time (s) 197715.03(55h) 51973.23(14.5h)
# of SCF Steps 106 102
Total Energy (Ha) -79594.49916 -79594.49916
表1  MS6.1和7.0 中DMol3计算FAU单点能的结果比较
CPU AMD  Opteron(TM)  Processor  6272  2100MHz
OS Red Hat Enterprise Linux Server release 6.3
Processors 16    
Task Energy Basis set DNP(v4.4)
Quality Fine k points Gamma point only
Spin Restricted Orbital cutoff 4.8 Å
Functional LDA-PWC Core treatment All Electron
Smearing 0.005Ha    
表 2 测试计算的软硬件条件
 有机分子计算性能提升:提升了有机分子单胞优化的性能,缩短迭代的次数和运行时间;
 机械性能:支持直接在DMol3计算任务中选择计算Elastic Constants,得到弹性常数矩阵以及体弹性模量、泊松比等表征材料机械性能;
 收敛:对于收敛困难的体系,使用 “density pre-conditioner”改进了自洽场的收敛;
 色散修正DFT-D:通过允许编辑现有的参数,添加新的元素,并增加了交换-相关泛函的覆盖范围,扩大色散修正的适用性,提高对于弱相互作用的计算精度;
 COSMO模型可视化: 溶剂化表面可以使用定义溶剂化表面的等值面或者网格点方式进行可视化(图2);
图2. COSMO的可视化
 直接读取带隙、价带顶、导带底:带隙、价带边、导带边的数值的形式显示在计算结果文件中。
 
DFTB+ 
        DFTB+可以对数千个原子体系进行模拟研究,为各种复杂体系及复杂过程的相关问题提供一种新的模拟方法。对于传统量化模块遇到的,如反应动力学过程等需要花费研究者大量时间和计算资源的问题,DFTB+有其独有的优势。7.0版本中DFTB+更新包括:
 输运性质:新的电子输运计算功能可预测电子器件的量子输运性质,如伏安特性曲线、电荷密度以及透射函数等(图3);
图3. (a)具有量子点的纳米带结构模型;(b)电势图反映H原子具有正的电势,边缘C原子的电势为负,中心C原子电势接近零;(c)透射谱
 跨节点并行:支持MPI跨界点并行,从而使大体系计算效率明显提升;
 振动频率: 支持振动频率计算;
 电场:模拟分子或者表面结构在施加电场(点电荷电场及匀强电场)后结构和性质的变化;
 PDOS(偏态密度):分析体系中的指定原子的偏态密度(PDOS);
 新的控压函数Souza-Martins:动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins。
 
CASTEP 
 过渡态确认:添加TS Confirmation功能,采用NEB(Nudged Elastic Band)方法,加强对于反应路径和反应机理的理解(图4);
图4 Cu晶体中空穴的扩散迁移能垒:CASTEP计算结果0.74eV,实验测试值0.71eV
 电场:模拟分子或者表面结构在施加电场后结构和性质的变化;
 色散修正DFT-D:通过允许编辑现有的参数,添加新的元素,并增加了交换-相关泛函的覆盖范围,扩大色散修正的适用性,提高对于弱相互作用的计算精度。同时在计算中使用的色散修正参数会记录在txt文件中;
 TDDFT:支持计算电子激发能,以及对特定激发态下的分子结构进行优化。
 
ONETEP 
 光吸收谱:添加了光谱计算功能,使大体系(>500原子)的光学性质计算成为可能;
 DZP基组:添加了使用固定基组进行结构优化计算的新方法DZP,此方法能加速高精度参数设置条件下的计算效率;
 交换相关函数:引入包含范德瓦尔斯修正的函数optB88,vdW-DF,vdW-DF(2),optPBE以及vdW-DFK。
 
MS7.0各模块的新特性——分子力学/动力学模块
Forcite Plus
 非键相互作用:引入Particle-Particle-Particle Mesh(PPPM) Ewald 非键方法处理静电相互作用。PPPM方法使用离散傅里叶变换来计算Ewald加和的倒易空间部分,可以提高大体系Ewald加和的速度,从而提高处理大规模带电体系时的计算效率; 
 新的控压函数Souza-Martins:动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins。使用Souza-Martins方法计算应力-应变曲线的脚本StressStrain.pl包含在案例库中,导入后可以通过菜单直接调用;
 溶解自由能:支持计算分子在溶剂和聚合物中的溶解自由能;
 Long Range Correction:
   长程尾部修正方法被添加到范德华作用中,提高处理非键相互作用的精度(表3)。范德华非键相互作用的默认选项从Ewald更改为Atom based;
茚甲新药物体系 密度(g/cm3
实验值 1.32
引入校正 1.31
未引入校正 1.28
表3 相同条件下的动力学结果,Long range correction的添加有效提高范德华力处理精度
 受力下的分子运动:允许对体系内原子施加恒定外力(图5)。
图 5. 对(10,0)纳米管中部分原子,未添加拉力(a)和添加拉力(500 kcal/mol/Å)(b)的动力学模拟结果
 
COMPASS II力场
 新增COMPASS II力场添加对离子液体的支持,强化对聚合物和杂环体系的计算精度。
 
GULP
 热导计算:支持对材料热导率进行计算。
 
Amorphous Cell
 大体系,高效率:建模过程中提高了内存的使用率,大幅提升大体系的构建效率(图6)。
图6 构建包含20900个原子数的体系,MS7.0用时27min,MS6.1用时290min
 
MS7.0各模块的新特性——介观动力学模块
Mesocite 
 新的控压函数Souza-Martins:动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins;
 非键相互作用: 引入Particle-Particle-Particle Mesh(PPPM) Ewald 非键方法处理静电相互作用。PPPM方法使用离散傅里叶变换来计算Ewald加和的倒易空间部分,可以提高大体系Ewald加和的速度,从而提高处理大规模带电体系时的计算效率;
 受力下的珠子运动:允许对体系内珠子施加恒定外力。
 
MS7.0各模块的新特性——Visualizer
 
 电极建模工具:添加了能够基于分子和周期性体系搭建电极的建模工具;进而能够进一步搭建用于电子输运计算的输运设备模型(图7);
图7. 构建的电子输运设备模型
 快捷脚本编辑:Visualizer中可以直接使用计算设置面板和建模工具栏自动生成脚本命令;
 新的测量工具: 允许分析一个分子到面的距离,增强了对表面吸附研究的理解。新增两个平面之间的角度测量(0-90º); 
 高低版本兼容性增强式: 文件(.xsd、.xtd、.std)可以以5.0、5.5、6.0、6.1版本的格式输出,增强了不同版本之间的共享性和兼容性;
 与Pipeline Pilot兼容:文件(.xsd、.xtd、.std)可以提交到旧版本的Pipeline Pilot服务器进行计算;一个文件夹中的所有文件都可以传到Pipeline Pilot服务器作为一个Protocol需要的输入文件类型; 
 电荷分配: 在不计算单点能的情况下,可以完成电荷的分配; 
 文本压缩:当将任务提交到远程服务器时,文本文件被压缩,以减少客户端和服务器之间的传输时间; 
 任务状态刷新:在Job Explorer中添加了刷新功能;
 在线帮助文件:通过一个基于web的帮助系统的集成提高了在线帮助的可用性;
 图形显示质量:提高了球棍模型在浅色背景上显示的质量。
 
获取更多关于 Materials Studio的信息,请进入www.accelrys.com/materials-studio