Materials Studio 2020版本較之前的Materials Studio 2019版本在產(chǎn)品功能、精度和效率上再一次飛躍。首先，緊跟時(shí)代潮流，結(jié)合目前的研究熱點(diǎn)，完善和添加新的產(chǎn)品功能，拓展在新型功能材料和能源材料方向的應(yīng)用，強(qiáng)化對(duì)大規(guī)模、高通量計(jì)算的支持。其次，增加多種高效、精準(zhǔn)的模擬方法，使軟件功能更加強(qiáng)大。此外，進(jìn)一步優(yōu)化、提升產(chǎn)品的計(jì)算效率。該版本迎合時(shí)代發(fā)展需求，更適合與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合，改變舊的研發(fā)模式，促進(jìn)材料領(lǐng)域的跳躍式發(fā)展。
 

Materials Studio 2020 的典型特征：

DMol³模塊新增雜化交換相關(guān)泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高計(jì)算精度。

DMol³模塊支持COOP/COHP (晶體軌道重疊布居/晶體軌道哈密頓布居)的計(jì)算，可以研究周期性體系中的局域化學(xué)鍵性質(zhì)。

CASTEP模塊現(xiàn)已支持meta-GGA交換關(guān)聯(lián)泛函RSCAN，進(jìn)一步豐富了交換相關(guān)能的處理方法。

CASTEP模塊的幾何優(yōu)化任務(wù)(Geometry Optimization)，LBFGS設(shè)置成當(dāng)前默認(rèn)算法。該方法能加速結(jié)構(gòu)優(yōu)化、收斂速度更快、更適合大體系的計(jì)算，而且內(nèi)存使用是線(xiàn)性標(biāo)度的，在機(jī)器學(xué)習(xí)各類(lèi)算法中常見(jiàn)它的身影。

CASTEP模塊使用腳本可調(diào)用QC5 ultrasoft OTFG系列贗勢(shì)庫(kù)，適合大規(guī)模、高通量計(jì)算，支持人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。

ONETEP模塊嵌入了費(fèi)米算子擴(kuò)展的退火和淬火算法(AQUA-FOE), 為大尺度金屬體系建模提供了真正的線(xiàn)性標(biāo)度。

ONETEP模塊除了模守恒贗勢(shì)以外，新增了PAW贗勢(shì)支持電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT的計(jì)算。

COMPASS III 力場(chǎng)的引入，加強(qiáng)了對(duì)離子液體、聚合物等的支持。

Forcite模塊進(jìn)行了多項(xiàng)性能方面的改進(jìn)，性能有很大的提升。

GULP模塊更新到學(xué)術(shù)版5.2版本，很多性能有進(jìn)一步的提升。

GULP模塊加入了模擬退火 (Anneal) 功能，方便全局最優(yōu)構(gòu)型的篩選。

QMERA模塊中，DMol³可以計(jì)算拉曼光譜，功能進(jìn)一步拓展。


Materials Studio 2020 主要模塊的新功能

量子力學(xué)模塊

DMol³模塊

• 新雜化交換相關(guān)泛函：新增處理交換相關(guān)能的雜化泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高該模塊的計(jì)算精度;
• COOP/COHP功能：添加計(jì)算COOP/COHP (晶體軌道重疊布居/晶體軌道哈密頓布居) 的功能，研究周期性體系中的局域化學(xué)鍵性質(zhì)，例如：成鍵態(tài)、反鍵態(tài)。
• 產(chǎn)生與COSMO-RS兼容的文件：DMol³使用特定的參數(shù)設(shè)置，能產(chǎn)生與COSMO-RS (the COSMO theory for "Real Solvents") 兼容的COSMO文件( .cosmo)。這個(gè)文件可用于COSMO-RS模型預(yù)測(cè)液體的熱力學(xué)性能，例如：純流體和液體混合物的溶解度、活度系數(shù)、相圖、蒸氣壓、汽化熱、相平衡等。

 

CASTEP模塊

• 添加meta-GGA交換相關(guān)泛函：現(xiàn)已支持meta-GGA交換相關(guān)泛函RSCAN，進(jìn)一步豐富了交換相關(guān)能的處理方法。

 

• 新幾何優(yōu)化默認(rèn)算法：LBFGS (low-memory BFGS) 成為當(dāng)前幾何優(yōu)化任務(wù)(Geometry Optimization)的默認(rèn)算法，該方法能加速結(jié)構(gòu)優(yōu)化、收斂速度更快、更適合大體系的計(jì)算，而且內(nèi)存使用是線(xiàn)性標(biāo)度的，是一種適合機(jī)器學(xué)習(xí)的算法。
• 適合高通量計(jì)算的贗勢(shì)：使用腳本可調(diào)用QC5 ultrasoft OTFG系列贗勢(shì)庫(kù)，適合大規(guī)模、高通量計(jì)算，支持人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。
• 靜電勢(shì)的計(jì)算：雜化泛函現(xiàn)已支持靜電勢(shì)可視化、功函數(shù)計(jì)算。
• 更適應(yīng)源碼開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面

ONETEP模塊

• AQUA-FOE 方法：ONETEP嵌入了費(fèi)米算子擴(kuò)展的退火和淬火算法(AQUA-FOE, Annealing and QUenching Algorithm for Fermi Operator Expansion)，為大尺度金屬體系提供了真正的線(xiàn)性標(biāo)度模擬。
• 溶劑化模型：實(shí)現(xiàn)了帶周期性邊界條件的溶劑化模型計(jì)算，以支持在溶劑中對(duì)塊體和表面體系的模擬工作。
• 電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT計(jì)算：除使用模守恒贗勢(shì)(norm-conserving pseudopotentials)以外，新增支持使用PAW贗勢(shì)完成電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT計(jì)算。
• 電子局域函數(shù)分析：新增支持電子局域函數(shù) (Electron localization function) 的分析，可以對(duì)大體系中的成鍵原理進(jìn)行可視化研究。
• 局域DOS計(jì)算：用戶(hù)界面現(xiàn)在支持局域DOS（LDOS）分析和導(dǎo)帶優(yōu)化。LDOS 展示體系中的原子對(duì)能量譜的各個(gè)部分的電子態(tài)的貢獻(xiàn)。

 

分子力學(xué)及動(dòng)力學(xué)模塊

力場(chǎng)

• COMPASSIII力場(chǎng)的引入: 引入了COMPASS III力場(chǎng)，強(qiáng)化了對(duì)溶液、離子液體和聚合物的支持，使經(jīng)典模擬計(jì)算有更好的適應(yīng)性、功能更加強(qiáng)大。COMPASSIII力場(chǎng)可以被多個(gè)模塊調(diào)用，比如：AmophousCell、ForcitePlus、Blends、Conformers、Sorption以及Adsorption locator。

 

Forcite 模塊

• 性能提升：Forcite進(jìn)行了多項(xiàng)性能方面的改進(jìn)，尤其是使用PPPM方法計(jì)算靜電。Dynamics現(xiàn)在默認(rèn)使用多時(shí)間步長(zhǎng)方法進(jìn)行Ewald和PPPM計(jì)算。

• 質(zhì)量密度分布：濃度分布分析(Concentration Profile) 現(xiàn)在可以輸出為質(zhì)量密度分布，單位為g/cm³

• 擴(kuò)散系數(shù)的分析：均方位移 (MSD) 分析現(xiàn)在可以直接計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)以及R^2

 

GULP模塊

• 模擬退火功能：GULP模塊加入了模擬退火(Anneal)功能，方便全局最優(yōu)構(gòu)型的篩選。
• 力場(chǎng)：MEAM-2nn-QEq庫(kù)中包含參數(shù)擴(kuò)展到Li-Co-O和Ti-O/Si-O體系，適合于鋰電池正極材料
• 代碼更新：GULP 代碼已更新為到學(xué)術(shù)版5.2版本。

QMERA模塊

• 拉曼光譜：QMERA基于DMol³的計(jì)算可以計(jì)算拉曼光譜，進(jìn)一步拓展了功能。
• 計(jì)算實(shí)現(xiàn)了如下雜化交換相關(guān)泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X，提高了模擬體系的量子力學(xué)部分的計(jì)算精度。

 
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