晶格动力学程序 GULP

大家好，我是木南

分子动力学软件诸多，包括：

1. LAMMPS

LAMMPS即Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，可以翻译为大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作，一般来讲，分子动力学所涉及到的领域，LAMMPS代码也都涉及到了。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。

2. DL_POLY

DL_POLY是串行和并行分子动力学模拟软件包。DL_POLY目前有两个版本。DL_POLY_2是原始版本，用复制数据的方法并行化，适用于在100个处理器上模拟三万个原子的情况；DL_POLY_3的并行化使用区域分解，适用于在8至1024个处理器上，模拟百万量级的原子。对于一个DL_POLY许可，同时提供两个版本。

3. SIESTA

SIESTA是一个可以免费索取许可的学术计算软件，用于分子和固体的电子结构计算和分子动力学模拟。SIESTA 使用标准的Kohn-Sham 自恰密度泛函方法，计算使用完全非局域形式(Kleinman-Bylander)的标准守恒赝势。基组是数值原子轨道的线性组合(LCAO)。它允许任意个角动量，多个zeta，极化和截断轨道。计算中把电子波函和密度投影到实空间网格中，以计算Hartree和XC势，及其矩阵元素。

4. PWscf

PWscf计算软件是意大利理论物理研究中心发布的Quantum-ESPRESSO计算软件包中的两大模块之一。Quantum-ESPRESSO软件包的开发遵守GNU自由软件的协议，是基于密度泛函理论，应用平面波基组和赝势方法的第一性原理计算软件。先前由于计算软件的落后而使得一些有用的方法如线性响应、超软赝势CP分子动力学（MD）方法等，受到了应用上的阻碍，这个软件的发布正是基于这种情况，从而提供了应用这些方法的一个平台。它包括两大模块：PWscf和CPMD。

5. ABINIT

ABINIT的主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量，电荷密度，分子和周期性固体的电子结构，进行几何优化和分子动力学模拟，用TDDFT（对分子）或GW近似（多体微扰理论）计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理，材料科学，化学和材料工程的研究，包括固体，分子，材料的表面，以及界面，如导体、半导体、绝缘体和金属。

见于网上关于GULP资料不多，所以先从GULP介绍：

GULP是由澳大利亚科廷大学J.D. Gale为首的研究团队开发的，最初设计的目的是拟合力场，现已成为模拟凝聚态物质的通用程序。

GULP软件现已发展到5.2版本，其使用Fortran编译器，可运行在Linux/Unix系统下，但不提供任何Windows版本的技术支持。

下载网址：GULP - Home

案例网址：GULP - Examples

帮助手册网址：http://gulp.curtin.edu.au/gulp/help/help_52_txt.html

安装方法：在Linux系统中输入“./mkgulp”即可！

可对材料模拟的尺度类型：

1. 零维材料（分子、团簇和缺陷）
2. 一维材料（聚合物和位错）
3. 二维材料（板、表面、晶界和界面）
4. 三维材料（块体材料）

1. 零维材料：一般是指纳米材料。即是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸的材料，如富勒烯C60。

2. 一维材料：是指线状材料。如碳纳米管，在一个方向上原子长程规则排列到厘米量级，在另外两个方向上只有很少原子排列的材料。

 

3. 二维材料：是指带状材料（片层材料）。在空间两个尺度上远远大于纳米量级，一个尺度上仍为纳米量级。如单片层状石墨。

4. 三维材料：就是日常生活中用的材料，如金刚石。

部分内容转自网络：https://www.zhihu.com/question/46430290/answer/102273965

主要功能：

1. 能量最小化
2. 晶体特性（弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、压缩比、介电常数等）
3. 热力学性质（热容、熵、焓、自由能、声子频率、声子态密度等）
4. 缺陷计算（空位和间隙缺陷、表面能和吸附能等）
5. 力场拟合（弛豫拟合、经验拟合、从头算能量拟合等）
6. 结构分析（键长、键角、扭转角和距离等）
7. 过渡状态
8. 分子动力学模拟（壳层模型和呼吸壳层模型，系综：NVT、NVE和NPT等）
9. 蒙特卡罗模拟（物质的旋转或位移）
10. 其他功能

此外，GULP还可为其他一些常用的模拟软件生成输入文件，例如：MARVIN、Materials Studio、G-Vis和SIESTA等，其中Materials Studio软件也含有GULP模块。

上述图片来自于文献：

New Ab Initio Based Pair Potential for Accurate Simulation of Phase Transitions in ZnO

链接：https://doi.org/10.1021/jp411308z

GULP的主要优势：

1. 相对于传统算法，GULP采用了对称适应算法
2. 输入文件简化，变量个数少，也使等效的相互作用的计算不必重复
3. 计算能力有数量级的改变，提高了计算效率，大大减少了计算时间
4. 主要由晶体结构和力场两个部分组成，输入相应的参数或数据即可运行

可用的原子间势函数形式：

• Buckingham
• Lennard-Jones
• Morse
• Spring (core-shell)
• Breathing shell harmonic
• Stillinger-Weber
• Four-body torsional potential
• ReaxFF

以上是我们分享的一些经验，或有不足，欢迎大家指出并留言！最后，感谢功能新材料高压物性研究小组以及本课题组所有人的支持！

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