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国际流行化学软件介绍 量化材料篇,北京宏剑公司 2007.07,材料模拟 80年代中期以来，一些新材料非预期地被发现出来，包括高Tc铜氧化物超导体、富勒烯及其衍生物、纳米材料、超硬材料、人工低维量子结构材料等。应当看到，计算和理论对于阐明这些新材料的性能起了重要作用。一些事实表明，理论和方法的进步已能对实际材料性能进行理论预测。现在，研究者已处在通过理 论计算来“设计”材料的初期阶段。,VASP/MedeA/ PHONON ATK /VNL Materials Explorer Crystal Wien2K CODESSA/AMPAC PQS ,数据库其它,DNP 唯一的一个天然产物源非常全面的化学数据库 ICSD 世界上最大的无机晶体结构数据库 CRYSTMET 无机材料数据库,包含化学晶体图解和文献目录数据以及与每 个研究项目有关的实验细节的相关内容 .,SC-Database 极其快速的获得重要的已发表的金属-配体的稳定常数 ChemWatch MSDS Database 世界上最大的独立的可获得的MSDSs的数据库 TAPP 纯化合物物理性质和热化学数据库 .,JCE software 涉及了非常广泛的化学课程，从高中到研究生课程都包括在内 Model Chemlab 用户自定义实验，满足特定的实验课需求 ,HSC Chemistry 世界上使用最广泛的热化学计算应用软件 Model Chemlab 根据pH值和吸光率计算平衡常数 ,结构数据库,化学性质及信息数据库,化学教学软件,热力学软件,显然，模拟化学的数值运算与计算机化学的逻辑 运算结合起来进行“分子的理性设计”，将是二十一世 纪化学的特色之一。并且，她完全顺应目前倍受化学 界重视和倡导的绿色化学的思想，使化学成为与生态 环境协调发展的、更高境界的化学。,北京宏剑公司 2007.07,谢 谢!,主要功能,计算材料的结构参数和构型 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数) 计算材料的光学性质；计算材料的晶格动力学性质(声子谱等) 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟) 计算材料的激发态(GW准粒子修正)等等,目前使用VASP的两个困难 1、因为使用的系统为linux，这就给用户的操作带来了一定的困难 2、现在使用的Linux版VASP，用户在建模和分析过程中存在很大的不便，而且必须辅助其他工具才能完成。,MedeA,MedeA-VASP Vienna Ab-Initio模拟软件包。国际上先进的第一原理密度泛函代码，可在广泛的范围内研究材料的性质。 MedeA-Phonon 可预测晶体、分子、点缺陷、表面和界面的晶格振动谱和热力学函数 MedeA-GIBBS 能计算预测气体、气/固体系、液体、液/固体系和液/气体系的热力学性质 MedeA-ElectrA 可快速计算电子能带结构、态密度、光学性质和磁学性质。 InfoMaticA ICSD Pauling File NIST Crystal Data 功能强大的从实验得到的结构信息、性质和计算结果中搜索的引擎. 该模块包括含有超过100,000个无机物实验晶体结构数据的数据库。 Interface Search：根据结构匹配标准找到异类界面和晶界，涉及到结构搜索、建模和可视化。 PrediBond TM: 基于键和强度标预测催化活性 ,Materials Explorer 4.0,专业的材料分子模拟多功能分子动力学软件包-结合应用领域研究材料工程的有力工具,分子 模拟,分子动力学,Monte Carlo 软件包,Crystal Builder 无机固体及分子晶体系统 Solution Modeler 轻松建立随机多组分液相或气相系统 Layer Cell Model 研究异相系统(气-固界面,固体颗粒边界等 NEV NTV NPH NTP 系宗的模拟 周期边界条件 评估界面势能的高级算法 外部电子场的应用,计算能力,对X射线和中子衍射的干涉函数; 对无定型固体进行表征; 显示时间与温度,压力,内部能量等性质的二维图象； 显示系统的快照，轨迹和动画； 计算Voronoi多面体的数量和表面数,分析能力,Materials Explorer 4.0,采用非平衡分子动力学方法，能够以更高的精度算出热传导率,Materials Explorer 4.0,西安交通大学多学科材料研究中心购买ME软件包，以windows系统为操作平台，实现从windows到Linux系统跨平台多CPU并行运算，根据分子动力学，蒙特卡罗法等方法，解决形状记忆合金中马氏体相变机制等问题。,西安交通大学多学科材料研究中心成功案例,1、Xiangdong Ding, Tetsuro Suzuki, Xiaobing Ren et. al., Precursors to stress-induced martensitic transformations and associated superelasticity:Molecular dynamics simulations and an analytical theory. PHYSICAL REVIEW B 74, 104111 (2006). 2、X.D. Ding, T. Suzuki, J. Sun et. al., Study on elastic constant softening in stress-induced martensitic transformation by molecular dynamics simulation. Materials Science and Engineering A 438440 (2006) .,CRYSTAL06,CRYSTAL是研究固态晶体的最流行程序之一，并且是第一个公开发布的程序。 CRYSTAL程序使Hartree-Fock，密度泛函或各种混合近似方法，计算周期体系的电子结构。周期体系的Bloch函数作为原子中心Gaussian函数的线性组合展开。程序使用了强大的屏蔽技术研究实空间区域。代码可以用来研究分子，多聚物，表面和晶体的物理的、电的和磁的性质，使用全电子基组或者包含有效核势的价基组进行限制性闭壳层，限制性开壳层，或者非限制性计算。,ChemDraw - 化学结构绘图软件， 是各论文期刊指定的格式。,Chem3D - 提供工作站级的3D分子轮廓图及分 子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合 在一起。,ChemPro- 预测BP、MP、临界温度、临界气压、 吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质。,ChemFinder - 化学信息搜寻整合系统。是一个智能型的快速化学搜寻引擎，所提供的 ChemInfo信息系统是目前世界上最丰富的数据库之一，包含ChemACX、ChemINDEX、 ChemRXN、ChemMSDX，并不断有新的数据库加入。,WebServer - 化学网站服务器数据库管理系统。 您可将您的ChemDraw、Chem3D作品发表在网站上。 还提供250,000种的化学品数据库。,Chemoffice,用密度泛函理论计算固体的电子结构。它基于键结构计算 最准确的方案-完全势（线性）缀加平面波(L)APW + 局域轨道(lo)方法。在密度泛函中可以使用局域（自旋） 密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)。WIEN 2K使用全电 子方案，包含相对论影响。,WIEN2K 2007,WIEN2K 2007,功能： 键能和态密度，电子密度和自旋密度，X射线结构因子，电场梯度，异构体位移，超精细场，自旋极化，X射线发射和吸收谱，电子能量损失谱，固体的光学特性，费米面，轨道极化，中心对称和非中心对称晶格等等。,ATK是第一原理的电子结构程序，用于研究与半无限电极相连的纳米结构 体系的电子性质。这两个电极，可以是纳米管和金属，而纳米结构体系就是这 两者的交界面区域。 ATK基于非平衡格林函数技术，可以对孤立体系和周期性 体系进行常规的电子结构模拟，高效、高精度地进行几何优化。研究的体系包 括金属-纳米管的界面，分子器件，纳米管缺陷，原子线等的电特性。 Virtual NanoLab使ATK的输入和输出更加直观，工作流程能够模拟真实的 实验过程，界面非常友好，给用户带来很大方便。,Virtual NanoLab / Atomistix ToolKit 模拟和分析纳米级的装置，进行原子尺度的各种性质的计算,Uniqueness of Atomistix software,Other quantum based software can model either isolated molecules or periodic systems,Atomistix can model complex nanostructures combining molecules with periodic systems and macroscopic elements,Atomistix software is unrivaled in modeling the electrical properties of complex nanoscale components and systems,Gaussian-03,VASP,Slope 1.76,planar,rotated,Takao Ishida et al., J. Phys. Chem. B 106, 5886 (2002),C.C. Kaun, B. Larade, H.Guo, PRB 67, 121411 (2003),Resistance of insulating wires,Change of Conductance with Length of Wire,Y. J. Lee, M. Brandbyge, M. J. Puska, J. Taylor, K. Stokbro, P. Ordejon, and R. M. Niemenen., Phys. Rev. B 69, 125409 (2004).,R. H. M. Smit, C. Untiedt, G. Rubio-Bollinger, R. C. Segers, and J. M. van Ruitenbeek, PRL 91, 76805 (2003).,e,Bias: 2Volt. Constant electron density (0.02 e/a03) surface. The voltage drop is shown in a plane as contours.,Bias: 2Volt. Change in electron density from 0 to 2V (0.002 e/a03).,Non-equilibrium forces,The size of the forces for 12 V bias: 0.51 nN Details depend on electrode (100)/(111) Increase in electron density and bonding between atom 2 and 3 Increase in positive charge on atom 2 The voltage drops between atom 1 and 2,1 2 3,1 2 3,M. Brandbyge, K. Stokbro, J. Taylor, J.-L. Mozos, and Pablo Ordejon Phys. Rev. B Rapid Comm. 67, 193104 (2003).,Si-SiO2-Si interface,Silicon - -Cristobalite - Silicon,PQS,并行量化计算软件,闭壳层和开壳层SCF和DFT能量、梯度计算，包括几种初始波函猜测选项； 所有流行的交换-相关泛函以及用户自定义的泛函； 用上面所有方法进行灵活高效的几何优化 势能面扫描 、反应路径跟踪 、 布居数分析 、极化率和极化率导数 完整的半经验包 Pople型输入，用于快速产生输入，并与其它程序兼容 所有的主要从头计算功能均实现并行化 支持Gaussian风格的输入方式 ,CODESSA是一个高级的，具有全面描述符的定量构 效关系（QSAR）和定量构性关系（QSPR）程序，该程序 将AMPAC和其它QM程序与实验数据关联在一起 CODESSA和AMPAC在预测如气相色谱的保留顺序， 聚合物的玻璃化温度，临界胶束浓度，毒性，沸/熔点，以 及闪点等性质方面有很大的优势。,SAM1，AM1，MNDO，PM3，MNDO/C，MINDO/3，MNDO/d,AMPAC GUI,可以构造分子和图形显示全部计算结果,使用与GaussView相似的图形用户界面，可以设置AMPAC和Gaussian的计算 完全兼容Gaussian 03 可以多次UnDo/ReDo用于编辑结构 在GUI中提交和管理任务 通过完全交互的对话框设置计算 ,半经验量子力学程序,速度,Faster than any competing product for all calculations,可靠性,More robust than any competing product for all calculations, including SCF convergence, geometry optimizations, transition state location, frequencies, solvation and C.I.,内存效率,Dynamic memory allocation, so AMPAC 8 uses far less memory than previous versions and itself imposes no limits on job sizes,
