MaterialStudio建模知识讲解
M a t e r i a l S t u d i o建
模
二手单反镜头铁基块体⾮晶合⾦-纳⽶晶转变的动⼒学模拟过程
Discover模块
1 原⼦⼒场的分配
在使⽤Discover模块建⽴基于⼒场的计算中，涉及⼏个步骤。主要有：选择⼒场、指定原⼦类型、计算或指定电荷、选择non-bond cutoffs。励志的歌曲
在这些步骤中，指定原⼦类型和计算电荷⼀般是⾃动执⾏的。然⽽，在某些情形下需要⼿动指定原⼦类型。原⼦定型使⽤预定义的规则对结构中的每个原⼦指定原⼦类型。在为特定的系统确定能量和⼒时，定型原⼦使⼯作者能使⽤正确的⼒场参数。通常，原⼦定型由Discover使⽤定型引擎的基本规则来⾃动执⾏，所以不需要⼿动原⼦定型。然⽽，在特殊情形下，⼈们不得不⼿动的定型原⼦，以确保它们被正确地设置。
细节英文
图 3-1
1）计算并显⽰原⼦类型：点击Edit→Atom Selection，如图所⽰
弹出对话框，如图所⽰
从右边的…的元素周期表中选择Fe，再点Select，此时所建晶胞中所有Fe原⼦都将被选中，原⼦被红⾊线圈住即表⽰原⼦被选中。再编辑集合，点击Edit→Edit Sets，如图所⽰
cpa认证
弹出对话框见图，点击，给原⼦集合设定⼀个名字。这⾥设置为Fe，则3D视图中会显⽰“Fe”字样，再分配⼒场：
在⼯具栏上点击Discover按钮，从下拉列表中选择Setup，显⽰Discover Setup对话框，选择Typing选项卡。
图3-2 Discover Setup对话框Typing选项卡
在Forcefield types⾥选择相应原⼦⼒场，再点Assign（分配）按钮进⾏原⼦⼒场分配。注意原⼦⼒场中的价态要与Properties Project⾥的原⼦价态（Formalcharge）⼀致。
2⼒场的选择
1）Energy
⼒场的选择：
⼒场是经典模拟计算的核⼼，因为它代表着结构中每种类型的原⼦与围绕着它的原⼦是如何相互作⽤的。对系统中的每个原⼦，⼒场类型都被指定了，它描述了原⼦的局部环境。⼒场包括描述属性的不同的信息，如平衡键长度和⼒场类型对之间的电⼦相互作⽤。常见⼒场有COMPASS、CVFF和PCFF。
Select下拉菜单中有三个选项：
①COMPASS ⼒场：COMPASS ⼒场是第⼀个把以往分别处理的有机分⼦体系
的⼒场与⽆机分⼦体系的⼒场统⼀的分⼦⼒场。COMPASS ⼒场能够模拟⼩分⼦与⾼分⼦，⼀些⾦属离⼦、⾦属氧化物与⾦属。在处理有机与⽆机体系时，采⽤分类别处理的⽅式，不同的体系采⽤不同的模型，即使对于两类体系的混合，仍然能够采⽤合理的模型描述。
②CVFF⼒场：CVFF ⼒场全名为⼀致性价⼒场(consistant valence force field)，最
初以⽣化分⼦为主，适应于计算氨基酸、⽔及含各种官能团的分⼦体系。其后，经过不断的强化，CVFF ⼒场可适⽤于计算多肽、蛋⽩质与⼤量的有机分⼦。此⼒场以计算系统的结构与结合能最为准确，亦可提供合理的构型能与振动频率。
③PCFF⼒场：PCFF为⼀致性⼒场，增加⼀些⾦属元素的⼒参数，可以模拟含有相应原⼦的分⼦体系，其参数的确定除⼤量的实验数据外，还需要⼤量的量⼦⼒学计算结果。
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3 ⾮键的设置：
⾮键作⽤⼒包括范德华⼒和库伦⼒。这⾥将两者都选上，为的是后期做minimizer优化原⼦位置时精确度更⾼，因为考虑了作⽤⼒因素多，即两者都考虑了。
Summation method（模拟⽅法）：
停电操作①Atom Bad
atom bad基于原⼦的总量，包括⼀个原⼦的截断距离，⼀个原⼦的缓冲宽度距离；为直接计算法，即直接计算原⼦对之间的⾮键相互作⽤，当原⼦对超出⼀定距离（截断半径cutoff distance）时，即认为原⼦对之间相互作⽤为零（注：cutoff distance 指范德⽡尔斯作⽤⼒和库仑⼒的范围，⽐如：设定截断半径为5，则表⽰已分⼦或原⼦中⼼为圆⼼，以5为半径作圆，半径以外的作⽤⼒都不考虑）。此⽅法计算量较⼩，但是可能导致能量和其导数的不连续性。当原⼦对间距离在Cut Off半径附近变化时，由于前⼀步考虑了原⼦对之间的相
互作⽤，⽽后⼀步不考虑，由此会导致能量发⽣跳跃。当然，对于较⼩的体系，则可以设置⾜够⼤的Cutoff半径来保证所有的相互作⽤都被考虑进来。
②Group Bad
group bad基于电⼦群的，总量中包括⼀个原⼦的截断距离，⼀个原⼦的缓冲宽度距离；⼤多数的分⼦⼒场都包括了每个原⼦之间点电荷的库仑相互作⽤。甚⾄在电中性的物种中也存在点电荷，例如⽔分⼦。点电荷实际上反映了分⼦中不同原⼦的电负性。在模拟中，点电荷⼀般是通过电荷平衡法（charge equilibrium）评价或者⼒场定义的电荷来分配的。当评价点电荷时，⼀定要⼩⼼不要在使⽤Cutoff技术时引⼊错误的单极项。要了解到这⼀点，可以参看如下事实：两个单极，当只有1e.u.电荷时，在10A的位置上其相互作⽤⼤约为33Kcal；⽽对于由单位单极分离1A所形成的两个偶极，相同距离其相互作⽤能不超过0.3Kcal/mol。
蓝牙网很明显，忽略单极-单极相互作⽤会导致错误的结果，⽽忽略偶极-偶极相互作⽤则是适度的近似。然⽽，如果单极相互作⽤处理不清的话，仍然会出问题。当non-bond Cutoff使⽤基于原⼦-原⼦基组时，就可能发⽣，会⼈为将偶极劈裂为两个“假”的单极（当⼀个偶极原⼦在Cutoff内，另⼀个在其外）。这就不是忽略了相对较⼩的偶极-偶极相互作⽤，⽽是⼈为引⼊了作⽤较⼤的单极-单极相互作⽤。为了避免这种⼈为现象，Materials Studio引⼊了在Charge Groups之上的Cutoff。
⼀个“Charge Group”是⼀个⼩的原⼦基团，其原⼦彼此接近，净电荷为0或者接近于0。在实际应⽤中，Charge Group⼀般是常见的化学官能团，例如羰基、甲基或者羧酸基团的净电荷接近于中性Char
ge Group。Charge Group之间的距离为⼀个官能团中⼼到另⼀个官能团中⼼的距离R，Cutoff设置与Atom Bad相类似。
③Ewald Summation
Ewald是在周期性系统内计算Non-bond的⼀种技术。Ewald是计算长程静电相互作⽤能的⼀种算法。Ewald加和⽅法⽐较合适于结晶固体。原因在于⽆限的晶格内，Cutoff⽅法会产⽣较⼤的误差。然⽽，此⽅法放也可以⽤于⽆定形固体和溶液体系。Ewald计算量较⼤，为o(N^3/2)，体系较⼤时，会占⽤较多的内存并花费较长的时间【《分⼦模拟—从算法到应⽤》】。
④cell multipole cell bad只能⽤于基于指定数量层。
⼀般情况下，基于Atom适合于孤⽴体系，对于周期性体系计算量较⼩，但是准确性较差；基于Group适合于周期性和⾮周期性体系，计算的准确性好⼀些，计算量最⼩；Ewald适合于周期性能体系，计算最为准确，但计算量最⼤。
Cutoff distance（截断距离）：指的是范德⽡尔斯作⽤⼒和库仑⼒的范围。Spline width：
Buffer width：缓冲宽度距离。十年后你我
