class 9 DMol3離域內(nèi)坐標法進行幾何優(yōu)化.ppt

使用DMol3中的離域內(nèi)坐標對固體進行幾何優(yōu)化 DMol3的面向分子的離域內(nèi)坐標優(yōu)化機制為大分子系統(tǒng)提供了一套良好的方案 在MSModeling的DMol3中 這個機制被擴展到周期性系統(tǒng) 這個基于離域內(nèi)坐坐標的新型優(yōu)化工具還有能力處理以下體系 高配位體系 比如密堆積固體 片斷系統(tǒng) 比如分子晶體 其中的內(nèi)坐標并不是遍及整個優(yōu)化空間 優(yōu)化過程中 部分進行了的迪卡爾坐標限制的體系 自身效率工作表明 對周期性體系而言 這個藝術(shù)級 state of the art 的離域內(nèi)坐標優(yōu)化方案的效率要比迪卡爾坐標方法高出2 5倍 而迪卡爾坐標方法是現(xiàn)在進行固態(tài)計算的標準方法 在這部分講義中 將介紹如何利用DMol3的的離域內(nèi)坐標方法 對沸石結(jié)構(gòu)進行幾何優(yōu)化 內(nèi)容 1 開始 建立名為chabazite的Project 輸入沸石結(jié)構(gòu)2 建立DMol3計算任務(wù) 3 控制工作設(shè)置和運行計算任務(wù) 4 使用服務(wù)器控制臺控制計算任務(wù) 5 檢驗計算結(jié)果 目的 介紹volumevisualization工具和離域內(nèi)坐標在周期體系中的應(yīng)用模塊 MaterialsVisualizer DMol3前提 簡單分子的繪制 用DMol3計算帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度 1 開始 建立名為chabazite的Project 輸入沸石結(jié)構(gòu) a 運行MS程序 選擇Createanewproj 單擊 確定 按鈕 b 找到Class7文件夾 寫入Chabazite 單擊OK按鈕 這樣就在ProjectExplorer中建立了名為chabazite的Project 注 若MS已打開運行 則用File NewProject 另外建立一個名為chabazite的Project 在Ddisk中建立Class7文件夾 下一步是輸入需要進行優(yōu)化的沸石zeolite的結(jié)構(gòu) MSModeling提供了許多現(xiàn)成的沸石結(jié)構(gòu) 本例中 將優(yōu)化菱沸石 chabazite 從工具欄選擇File Import 打開Import文件對話框 找到Examples Documents 3DModel CHA xsd 然后點擊輸入文件對話欄上的Import按鈕 雙擊 Aunitcellofchabazite 在3D瀏覽器中右擊鼠標 選擇DisplayStyle 把顯示方式改為Polyhedron 關(guān)閉對話欄 2 建立DMol3計算任務(wù)點擊工具欄上的DMol3按鈕 選擇Calculation 或者從菜單欄里選擇Module DMol3 Calculation 打開計算對話框 從Task下拖列表中選擇GeometryOptimization 把Functional設(shè)置從LDA和PWC改為LDA和VWN LDA VWN函數(shù)適合出來類似zeolite這樣的共價晶體 雖然精度上不如GGA函數(shù) 但在矛盾的計算成本和精度中找到了擇衷點 當把計算任務(wù)改為GeometryOptimization的時候 More 按鈕被激活 從而進行更多與此任務(wù)相關(guān)的設(shè)置 單擊More 按鈕 打開DMol3幾何優(yōu)化對話欄 這里可以通過改變Quality的水平來設(shè)置收斂偏差 ConvergenceTolerance 或者單獨編輯這些值 默認的設(shè)置是Medium 包括以下內(nèi)容 能量為2 0e 5哈特里的收斂設(shè)置 0 004哈特里 埃的最大應(yīng)力設(shè)置 以及0 005埃的最大位移設(shè)置 Quality設(shè)置選擇了基矢 積分網(wǎng)格 收斂閾 這些選擇使得在合適的計算成本下 大多數(shù)情況都能得到合理的結(jié)果 Quality設(shè)置為Medium 關(guān)閉DMol3GeometryOptimization對話欄 4 在DMol3Calculation對話欄上 轉(zhuǎn)換到Electronic標簽 DMol3上的Electronic標簽欄顯示出來了 這個欄內(nèi)包括了與電子哈密頓算符相關(guān)的參數(shù) 在這個任務(wù)中將使用DND基組和LDA VWN漢密爾頓算符 點擊按鈕More 顯示DMol3ElectronicOptions對話欄 點擊OrbitalCutoff標簽 可以看到orbitalcutoff設(shè)置的值為3 5埃 關(guān)閉對話欄 提示 可以通過點擊More 按鈕對SCF和k點電子漢密爾頓算符參數(shù)進行更加精確的操作和控制 關(guān)閉DMol3ElectronicOptions對話欄 在設(shè)置計算條件時 我們可以改變一些選項的數(shù)值 以降低計算成本 在這個欄內(nèi) 課改變的設(shè)置是k pointset和Orbitalcuttoffquality 把k pointset和Orbitalcuttoffquality分別設(shè)置為Gamma和Coarse 點擊DMol3Calculation對話欄上的Properties標簽 Properties標簽顯示出來 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后 可以對需要的某些性質(zhì)進行計算 勾選上ElectronDensity和Electrostatics 3 控制工作設(shè)置和運行計算任務(wù)可以使用JobControl標簽上的命來來控制DMol3計算 點擊DMol3Calculation對話欄上的JobControl標簽 這里 我們可以選擇把計算任務(wù)提交到網(wǎng)內(nèi)的任何一臺機器上 并設(shè)置不同的選項 這些選項包括計算任務(wù)描述 計算是否使用多個處理器運行和使用的處理器的數(shù)目等等 可以點擊More 按鈕來對計算任務(wù)進行更多選擇 包括實時更新設(shè)置和控制計算結(jié)束時的任務(wù)等等 現(xiàn)在可以運行DMol3計算任務(wù)了 點擊Run按鈕 產(chǎn)生了一個名為status txt的文件 里面含有DMol3運行狀態(tài) 這個文件在計算任務(wù)結(jié)束以前會隔一段時間自動更新 不久之后 兩個名為CHAEnergy xcd和CHAConvergence xcd的圖表文件顯示出來了 它們分別對應(yīng)于計算的優(yōu)化和收斂狀態(tài) 這對于可視化監(jiān)視計算進程非常有用 工作瀏覽器JobExplorer開始工作 包括了計算狀態(tài)等信息 4 使用服務(wù)器控制臺控制計算任務(wù)我們可以通過使用服務(wù)器控制臺ServerConsole來查看實時狀態(tài) 從菜單欄中選擇Tool ServerConsole 擴展ServerManagement和Jobs節(jié)點 計算任務(wù)被名為CHADMol3GeomOpt 點擊CHADMol3GeomOpt 服務(wù)器控制臺上結(jié)果界面顯示了計算任務(wù)的實時狀態(tài) 關(guān)閉ServerConsole 當計算任務(wù)結(jié)束的時候 相關(guān)文件就從服務(wù)器傳回客戶端 ExpandtheServerManagementandJobsnodes 5 檢驗計算結(jié)果當計算結(jié)束的時候 計算結(jié)果返回到ProjectExplorer的CHADMol3GeomOpt文件夾里 File Saveproject Window CloseAll 雙擊CHADMol3GeomOpt文件夾中的CHA xtd文件 沸石CHA的結(jié)構(gòu)顯示在3D模型窗口中 這是一個包含了幾何優(yōu)化進程的軌跡文件 我們可以用Animation工具欄里的控制工具來瀏覽幾何優(yōu)化的歷史進程 如果Animationtoolbar不是可見的 可以從菜單欄的View Toolbars Animation選中 為了較清楚地觀看沸石幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程 對動畫播放做了設(shè)置 見右圖 在Animationtoolbar上 點擊Play按鈕來演示優(yōu)化進程 結(jié)束演示時 點擊Stop按鈕 終止演示 最終的總能量可以在 outmol文件中看到 使用ProjectExplorer 換到CHA outmol界面 向下拖動文件尋找總能量 由CHAEnergies xcd文件或前面的動畫可知 結(jié)構(gòu)優(yōu)化了7步 所以要找第7次優(yōu)化后的能量 xsd文件包含了優(yōu)化結(jié)構(gòu) 雙擊ProjectExplorer中的CHADMol3GeomOpt里的CHA xsd文件 要使得計算所得的性質(zhì)可視化 就要對輸出文件進行分析 點擊工具欄上的DMol3按鈕 選擇Analysis 或者從菜單欄里選擇Module DMol3 Analysis 打開DMol3分析對話框 或 選擇ElectronDensity選項 確定顯示在Results欄里的是正確的 outmol文件 設(shè)置DensityField設(shè)為TotalDensity 并且Viewisosurfaceonimport被勾選 點擊Import 總電子密度顯示在沸石上 放大和旋轉(zhuǎn)以觀察其結(jié)構(gòu) 換到Isosurface標簽 我們可以使用Transparency標尺改變所顯示的等密度面的透明程度 通過拖拽標尺改變Transparency 我們可以改變等密度面的顯示方式 之前我們需要改變原子的顯示方式 在窗口上右擊 在DisplayStyle中 點擊Atom欄內(nèi)的Stick 也可以通過選擇Dots或者Solid選項來改變等密度面的顯示方式 點擊Dots按鈕 然后換回到Solid按鈕 把Transparency改回到初始值 還可以控制等密度面的大小把Isovalue的值改為0 1 按下TAB鍵 然后把Isovalue的值改回0 2 再按一回TAB鍵 一旦得到了電子的等密度面 接下來我們可以在其上把其它的性質(zhì)繪出來 從Module工具欄里打開DMol3Analysis對話欄 選擇Potential 確定Viewisosurfaceonimport選項沒有被勾選 點擊Import按鈕 當數(shù)據(jù)輸入完成 關(guān)閉對話欄 右擊鼠標 選擇DisplayStyle 換到Isosurface標簽 點擊與MapField區(qū)域相關(guān)的選項箭頭并選中DMol3electrostaticpotential 關(guān)閉對話框 電靜勢被繪在電子等密度面上 我們可以使用ColorMap對話欄改變所繪圖的顏色 右擊鼠標 選擇ColorMaps 使用ColorMaps對話欄 我們可以改變顏色方案 所繪圖的值以及顯示的帶數(shù)目 改變Spectrum為Blue White Red 點擊與From相關(guān)的right arrow 選擇MappedMinimum 點擊與to相關(guān)的right arrow 選擇MappedMaximum 關(guān)閉對話框 等密度面上的顏色的改變反映出在電子密度圖上所繪圖的最大值和最小值 我們可以從體積可視化工具欄內(nèi)得到更多的體積可視化工具 從菜單欄里選擇View Toolbars VolumeVisualization 我們可以給結(jié)構(gòu)加一個切面 點擊與CreateSlicesbutton相關(guān)的選項箭頭 選擇BestFit 在ChooseFieldstoSlice對話欄里 選擇DMol3electrostaticpotential選項 點擊OK 一個穿越電靜勢的切面就顯示出來了 這個切面使用了全區(qū)的最大值和最小值 如果要查看最大值和最小值在切面上的分布和具體區(qū)域 就需要再次使用ColorMap對話欄 點擊工具條上的ColorMaps按鈕 將鼠標移到切面上 點擊切面并選擇 當你選擇切面的時候 一條黃色虛線顯示在切面的邊沿 而在選中區(qū)域的中間有一個黃色虛線十字 若看不見 可旋轉(zhuǎn)3D圖 點擊與From相關(guān)的right arrow并選擇MappedMinimum 點擊與To相關(guān)的right arrow并選擇MappedMean 改變Spectrum為Blue White Red 有一些較大的最大值在這個網(wǎng)格區(qū)域 但這是不需要看到的 所以沒有選擇MappedMaximum 而選擇了MappedMean 我們還可以使用ColorMaps對話欄對這些值進行選擇性顯示 點擊與顏色條相關(guān)的Redright arrow 所有大于平均值的點都被從切面上刪除 我們還可以通過操作刪除特定的顏色 改變顏色等等 點擊按鈕 平均值以上的顏色就重新顯示出來了 關(guān)閉ColorMaps對話欄 我們可以用DisplayStyle對話欄里的Slice工具改變切面的顯示方式 右擊鼠標 打開DisplayStyle對話欄 換到Slices標簽 拖動Transparency標尺到右邊 當拖動