ADF 2018 新版发布更名为Amsterdam Modeling Suite

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概述 ADF作为世界上最早的密度泛函软件,从上世纪70年代初诞生以来,在逐渐强大的开发团队的支持下,在计算理论、方法、计算分析工具、图形化用户界面方面,不断快速的发展。当初它只是一个非周期性体系(例如分子、团簇)的密度泛函计算程序。70年代,它的名字叫做HFS,后来更名为Amol,再后来更名为ADF。 90年代,创始团队(E.J. Baerends等)首次提出了相当精确的处理电子相对论效应(尤其是自旋轨道耦合)的理论 Zero Order Regular Approximation(ZORA),并将其在ADF中实现,成为至今最流行(没有之一)的处理自旋轨道耦合的方法。2017年,最新、最先进的相对论密度泛函方法X2C在ADF中实现。在计算化学领域中,精度与效率常常是一对矛盾,一般而言精度高则效率低,反之亦然。而X2C在精度与效率方面,皆远优于ZORA,是一个极为天才的全新方法。2000以后,更多的计算模块,例如自行开发的周期性体系密度泛函计算的BAND、流体热力学程序COSMO-RS,以及其他研究组发展的流行程序,如反应力场ReaxFF、Quantum Espresso、MOPAC、DFTB也逐渐纳入其中。功能模块越来越丰富,但此时整个软件平台的名字还是叫ADF,其中最早的模块也叫ADF。如同最开始一样,ADF并没有将自己定位为一个“程序打包商”。在计算理论与方法上,它从来没有停止过创新。能量分解方法(EDA)、成键分析工具ETS-NOCV等化学分析方法,不仅被集成到ADF模块中,还被创造性地应用于周期性体系的密度泛函计算中,使得BAND成为一个极具特色、功能强大的周期性体系化学问题研究工具。近两年BAND的功能突飞猛进,使用BAND完成的创造性的杰出工作开始出现在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.等重要化学期刊。 为避免ADF软件平台与其中ADF模块重名,同时也因为其他模块越来越强大、完善,2018新版发布,ADF软件平台更名为Amsterdam Modeling Suite,简称AMS。各个模块名字,如ADF、BAND、COSMO-RS等保持不变。 AMS 2018 新功能概览: Amsterdam Density Functional (ADF) 在考虑COSMO溶剂化模型,或者使用某些range-separated泛函时,也可以进行激发态结构优化、频率、Linear transit、过渡态搜索等计算 激发态分析:电荷转移描述符、片段分析、eXcited Constrained DFT、电荷转移 其他分析工具:移除空轨道的能量分解、NBO6更新升级 新的快速计算紫外可见吸收光谱的方法POLTDDFT Ab Initio分子动力学 Periodic DFT: BAND 与 Quantum ESPRESSO 弹性张量及其相关性质,例如体积模量 分子动力学 Linear transit与势能面扫描(PES) Crystal Orbital Overlap Populations (COOP) LDOS(STM成像) 外加压力下的结构优化 任意k点有效质量 自洽迭代改善 Quantum ESPRESSO版本更新到6.3版,包含CPMD功能 ReaxFF 新的加速反应的方法:Collective Variable […]

QuantumATK亮点文章:研究一种极端的分子电子绝缘体

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最近 Nature[1]上发表了一项研究,提出了一种新型的分子结,这种分子结比同样尺度的真空区域更加“绝缘”。这个效应是通过设计分子实现量子相消干涉实现的,这些分子在某些能量范围里强烈的抑制电子在分子中的透射。 输运性质的计算是由哥本哈根大学的Gemma Solomon组使用QuantumATK完成的。 合成与电导的实验测量是由上海师范大学的肖胜雄、哥伦比亚大学的Colin Nukolls和Latha Venkataraman等研究组合作完成的。这类分子可能用在热电或其他电子器件中作为绝缘体。 图1. 电子透过单分子结隧穿时的波函数衰减示意图。(a)透过低导电性分子(烷链)时;(b)透过空结(即电极间是真空);(c)透过一个分子发生量子相消干涉的情况,隧穿概率非指数衰减。     参考资料 所有文中所涉及的计算方法均在QuantumATK中提供,详见以下教程: 相关的中文教程列表 英文教程 Four tutorials on molecular electronics Tutorial on studying the electron transport properties of a graphene nanoribbon with a distortion 参考文献 [1] M. H. Garner, H. Li, Y. Chen, T. A. Su, Z. Shangguan, D. W. Paley, T. Liu, F. Ng, H. […]

BAND Highlight:硅表面醚吸附-表面科学与分子有机化学共同点的最佳案例(Angew. Chem. Int. Ed., 2017)

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文献资料:Lisa Pecher, Slimane Laref, Marc Raupach, and Ralf Tonner, Ethers on Si(001): A Prime Example for the Common Ground between Surface Science and Molecular Organic Chemistry, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15150 –15154 通过计算化学研究表明,在超高真空条件下,乙醚分子在Si(001)表面的吸附可以用有机化学的经典概念来理解。两步反应机理的详细分析:1)乙醚氧原子与Lewis酸性表面原子之间形成的配价键(DB);2)附近Lewis碱性表面原子的亲核攻击表明,它反映了溶液中酸催化的乙醚裂解。 O-Si键是这类键中最强的,并且第2步的反应活性违背了Bell-Evans-Polanyi原理。本文使用一种新的键分析方法(pEDA-NOCV),对C-O键解离过程中的电子重排进行了可视化的研究。 结果表明,半导体表面亲核取代的机理与Sn2分子反应的机理是一致的。我们的发现表明了表面科学和分子化学如何相互受益,并得到意想不到的洞察方式。

ADF Highlight:钙锶钡也遵守18电子规则(Science, 2018)

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文献资料:Xuan Wu,  Lili Zhao,  Jiaye Jin,  Sudip Pan, Wei Li,  Xiaoyang Jin,  Guanjun Wang,  Mingfei Zhou, Gernot Frenking, Observation of alkaline earth complexes M(CO)8 (M = Ca, Sr, or Ba) that mimic transition metals, Science 361, 912–916 (2018) 碱土金属钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)主要通过nS和nP价轨道进行化学键合(其中n为主量子数)。复旦大学周鸣飞老师课题组和南京工业大学Gernot Frenking与赵莉莉老师课题组报道了八配位羰基配合物M(CO)8(其中M=Ca,Sr或Ba)在低温氖基质中的分离和光谱表征。对这些立方Oh对称配合物的电子结构分析表明,M-CO键主要来自[M(dπ)]→(CO)8 π的反馈作用,从而解释了C-O伸缩频率的强烈红移。还制备了相应的自由基阳离子气相配合物,并通过质量选择红外光解光谱对配合物进行了表征,证实其遵守过渡金属化学有关的18电子规则。   本文使用了一种非常强大的研究化学成键细节的工具:ADF中的EDA-NOCV功能(在BAND模块中,该功能对周期性体系同样适用)。   EDA功能将金属与配体之间的相互作用能,分解为泡利排斥、静电作用、轨道作用,并得到分子轨道与碎片轨道之间的关系,而NOCV功能将轨道作用更详细地分解到具体的一对对相互作用的轨道中。   NOCV分析表明,M-CO键主要来自[M(dπ)]→(CO)8 π的反馈作用:   相关中文教程: ETS-NOCV功能案例:开壳层、闭壳层、环状结构 ETS-NOCV功能案例:二聚体能量分解(EDA)中轨道作用、电子在片段轨道间转移的分解 键能分解(EDA) NOCV理论

ADF Highlight:Au16(S-Adm)12与Cd1Au14(StBu)12的全结构确定以及Au15(SR)13结构的应用(JACS, 2018)

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文献资料: Sha Yang, Shuang Chen, Lin Xiong, Chong Liu, Haizhu Yu, Shuxin Wang, Nathaniel L Rosi, Yong Pei, and Manzhou Zhu, Total Structure Determination of Au16(S-Adm)12 and Cd1Au14(StBu)12 and Implications for the Structure of Au15(SR)13, J. Am. Chem. Soc., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/jacs.8b04257 纳米团簇(例如Au15(SR)13)不但在生物领域的应用至关重要,也是理解金配合物向金纳米团簇转变机理的关键。然而这些过渡尺寸金纳米团簇的确定,一直以来是一个重大挑战。 本文得到了两个新的过渡区纳米团簇,包括迄今为止最小的合金纳米团簇Cd1Au14(StBu)12,以及同晶纳米团簇Au16(S-Adm)12,并通过单晶X射线衍射确定了它们的原子结构。此外,基于Cd1Au14(SR)12和Au16(SR)12的结构,湘潭大学裴勇老师课题组进行了DFT计算,预测了“转变”纳米团簇Au15的结构(Au15(SR)12–和Au15(SR)13)。这项工作,搭建了金配合物与金团簇之间桥梁。

ADF Highlight:两个莫比乌斯共轭纳米环组成的可分离环烷(Nature Comm.,2018)

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文献资料: Yang-Yang Fan, Dandan Chen, Ze-Ao Huang, Jun Zhu, Chen-Ho Tung, Li-Zhu Wu & Huan Cong, An isolable catenane consisting of two Möbius conjugated nanohoops, Nature Communications, 9, 3037 (2018) 莫比乌斯拓扑,除了数学上的重要性外,在分子水平上也很吸引人,结构优雅而独特。然而合成却颇具挑战性。尽管一些莫比乌斯型分子已被化学家合成、分离,并进行了广泛的理论计算研究,但稳定的莫比乌斯共轭分子的设计、制备和表征至今仍是一项重要的任务,更不用说将分子莫比乌斯带组装成更复杂的拓扑了。 本文报道了由两个完全共轭的纳米莫比乌斯环组成的有机环烷的有效合成、晶体结构和理论研究结果。这项工作强调了寡对苯撑(oligoparaphenylene)衍生的纳米环(高度扭曲、合成具挑战性的共轭大环),不仅可以作为互锁超分子结构的构建块;而且还代表新的化合物种类——通过非共价相互作用稳定的,可分离的莫比乌斯构象。 本文使用ADF2017.104,在M06-2X泛函/DZP基组水平上,进行了共轭环间的相互作用能分解分析,由中科院大学丛欢课题组、厦门大学朱军课题组共同完成。 软件相关功能中文教程: 如何进行片段之间相互作用能、分子之间相互作用能、键能、键解离能、结合能计算、键能分解EDA、片段轨道布居 ETS-NOCV功能案例:二聚体能量分解(EDA)中轨道作用、电子在片段轨道间转移的分解 非键作用NCI: Non-Covalent Interactions

费米科技参加2018材料多尺度计算模拟国际会议

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7月1-3日,由中国材料研究学会计算材料学分会主办,西北工业大学材料学院和凝固技术国家重点实验室承办的2018材料多尺度计算模拟国际会议(ISM3)成功举办。 西北工业大学黄维院士致欢迎辞 费米科技作为此次大会的主要赞助单位出席了本次大会,并向所有与会者推荐了通用的材料与器件模拟平台QuantumATK软件和跨尺度计算化学平台ADF软件。 与会期间,费米科技工程师与各位老师就大家关心的课题进行了深入讨论,获得一致好评。  

费米科技参加第二届单原子催化国际会议

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2018年6月15日至18日,由清华大学化学系和国家纳米科学中心主办的“第二届单原子催化国际研讨会”在国家纳米科学中心报告厅隆重举行。来自中国、美国、英国、瑞士、奥地利等11个国家的两百六十余名专家学者参加了本届大会。开幕式由大会组委会主席、清华大学化学系李隽教授和李亚栋院士主持,中国科学院副院长张涛院士出席了开幕式。费米科技作为唯一软件赞助商参加了本次会议。 清华大学李隽教授主持开幕式   会议期间,费米科技为研究者们带来了软件相关功能推荐: QuantumATK在材料表面与界面研究中的应用 QuantumATK独有的新功能:非平衡态格林函数方法研究半无限表面模型 材料表面-分子的轨道相互作用、电子迁移 二维周期性体系的结合能、能量分解pEDA   单原子催化 2011年,大连化物所张涛院士课题组成功制备出了单原子Pt/FeOx催化剂(Nat. Chem. 2011, 3(8): 634-641),该催化剂在CO氧化和CO选择性氧化反应中表现出很高的催化活性和稳定性。在这篇文章中,张涛院士、李隽教授(清华大学)和刘景月教授(亚利桑那州立大学)首次提出了单原子催化的概念。

费米科技参加第十一届计算纳米科学与新能源材料国际研讨会

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2018年6月23日至26日,费米科技参展了由中国材料研究学会计算材料学分会主办,河南师范大学承办的第11届计算纳米科学与新能源材料国际研讨会(CNNEM11)。 来自海内外的近500位研究者参加了本次盛会,众多杰出学者分享了自己优秀的工作。其中也包含多位费米科技的资深用户。 本届大会费米科技申请了分会报告,董栋博士与大家分享了Synopsys公司2017年的新工作“基于DFT和格林函数的材料表面模型的原理与应用”。 功能介绍 PPT下载  

QuantumATK在线教程视频链接

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在线讲座:QuantumATK O-2018.06新版网络发布会(附功能亮点)(2018年6月13-14日) 讲座介绍 正式发布的QuantumATK 材料模拟平台O-2018.06新版功能介绍免费在线会议。QuantumATK O-2018.06即将于六月初发布,这将是自2017年9月加入Synopsys公司后的首次新版发布。本次网络发布将重点介绍QuantumATK O-2018.06的新功能。 视频链接 下载链接   使用原子级别的无参数方法模拟材料中由声子限制的电子迁移率(2018年5月23-24日) 讲座介绍 讲座演示如何使用第一原理方法在原子尺度上模拟声子限制的电子迁移率,考察多种材料的声子限制的电子迁移率以进一步提高器件的电子性能。例如,将具体材料的计算结果与实验数据比较来确定是否需要进一步优化加工技术和器件设计才能增强器件性能。 视频链接 下载链接 使用QuantumATK在原子尺度上模拟电子器件中的界面(2018年2月27-28日) 讲座介绍 界面(比如金属-半导体界面),在尺寸越来越小的电子器件体系里起着越来越重要的作用。例如,在原子水平上理解金属-半导体界面接触电阻对调控器件接触电阻很有必要。关于使用QuantumATK模拟界面的更多介绍参见TCAD News, December 2017。 视频链接 下载链接   特殊热位移(STD)-Landauer方法模拟大尺度原子器件电-声散射效应(2017年12月14-15日) 讲座介绍 “特殊热位移(STD)-Landauer方法模拟大尺度原子器件电-声散射效应”免费在线研讨会。电-声散射效应在纳米尺度电子器件,例如整流器、晶体管中,具有重要影响。 视频链接 下载链接