ReaxFF教程：使用ReaxFF中巨正则蒙特卡洛（GCMC）方法模拟锂化放电过程的电压特性

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英文教程 点击此处下载英文教程 英文教程阅读说明 准备知识 该功能版本号≥2017.211，下载地址：https://www.scm.com/support/downloads/development-snapshots/，svnRevision大于r62841的都可以 熟悉ReaxFF建模、保存任务、提交任务等基本操作 熟悉巨正则系综的含义更好 知道如何在命令行里面运行命令（本教程需要在命令行运行一次分析命令，得到电压特性数据） 知道如何将数据从文本格式转移到Excel中，并生成曲线，参考：如何从图谱中导出数据到Excel表格 阅读说明 该教程非常详细，实际上初学者也可以照着说明一步一步做出来，当然结果会有差异，这是正常的。本教程主要包含如下几个小节： 从外部导入Alpha硫晶体的*.cif文件，分别采用NPT系综低温弛豫（ADFinput > ReaxFF > Main > Task: Molecular Dynamics）、能量最小化（ADFinput > ReaxFF > Main > Task: Geometry Optimization）来得到其平衡结构。需要说明的是，教程中能量最小化得到的能量是-8535.99 kcal/mol，实际我们得到的能量可能更低。 计算Li原子的化学势：计算体心立方锂晶体的8*8*8超胞（共512个Li原子）的能量，除以512，即得到Li原子的化学势-37.70kcal/mol 对Alpha硫晶体进行巨正则系综蒙特卡洛模拟 从上一步GCMC模拟生成的*.rxkf文件中，抽取电压特性等数据：将LiVoltageProfile.py文件和*.rxkf放到同一个文件夹内，在ADF环境变量对当前命令行生效的前提下，在命令行执行：startpython LiVoltageProfile.py gcmc_test.rxkf。将生成一个文件，名为voltage_profile.out。该文件实际上是一个文本文件，给出了4列数据，其中第二列是LixS中的x值，第三列是电压，第四列是体积变化。用户可以自行用这两列数据生成教程中的曲线 上面这几步的计算模拟文件（请点击此处下载），在阅读困难的情况下，可以辅助您阅读教程，但由于GCMC这一步很耗时间（对应文件gcmc_test.adf），可能需要一天左右才能完成，因此设置的参数数值放宽了条件，没有教程里面那么严格，因此这一步仅供参考。

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ADF中ReaxFF的新功能：局域温度分布、原子电荷分布的可视化

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ADF最新开发版r63428(最新开发版下载地址：https://www.scm.com/support/downloads/development-snapshots/)，能够计算原子的温度以及在空间上的均值，并自动保存在轨迹文件中。该功能通过在*.run文件中control区域添加如下两行内容开启： 1 localt Request local temperature averaging between atoms 3.0 localr Set the awarness radius to 3.0 Å (Default 5.0) 其中1 localt表示开启该功能；3.0 localr表示设置局域范围半径设置为3.0埃，默认值为5.0埃。 通过ADFMovie窗口中，为每个原子着色，来表征原子的温度分布，不同颜色表示不同温度： 除了原子温度以外，如上图所示，还增加了加速度、压力、速度、原子电荷分布等数据的图形化显示。 例如下面的视频演示了温度梯度、热的波动情况： 该模型是用ReaxFF的分子枪功能，入射一个石墨烯球形分子到石墨烯片层上，导致的温度传递。分子枪功能参考：水分子在石墨烯表面形成水簇的模拟（分子入射、沉积）或者：https://www.scm.com/doc/Tutorials/ReaxFF/Bouncing_a_buckyball.html

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ADF Highlight：神奇的钍-砷多键（ Nature Comm., 2017）

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参考文献： E. P. Wildman, G. Balázs, A. J. Wooles, M. Scheer, and S. T. Liddle, Triamidoamine thorium-arsenic complexes with parent arsenide, arsinidiide and arsenido structural motifs, Nature Comm. 8, 14769 (2017). 2017年Nature Communication报道了钍与体积较为庞大的triamidoamine配体形成钍-砷多重键，从而得到稳定的结构。文章使用ADF的相对论密度泛函理论，研究了ThAs(H)K、ThAs(H)Th、ThAsTh)的键合作用，并展示了从5f、6d、7s轨道生成的极化多重共价键。 这项研究进一步提高了对锕系配合物多重键的基础认知，最终有助于核废料处理过程中的配体设计。另外可以参考：novel uranium complexes。 以及其它相关文献： Thorium–phosphorus triamidoamine complexes containing Th–P single- and multiple-bond interactions, Nat. Comm. 7, 12884 (2016). Isolation of Elusive HAsAsH in a Crystalline Diuranium(IV) […]

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ADF Highlight：次锕系元素中的共价键合（JACS, 2017）

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参考文献： M. P. Kelley, J. Su, M. Urban, M. Luckey, E, R. Batista, P. Yang, and J. C. Shafer, On the Origin of Covalent Bonding in Heavy Actinides, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9901–9908 (2017). 在核燃料循环中，将高放射性次锕系元素从镧系和其他裂变产物中分离出来，对于使用过的核燃料回收再利用，以及核废物储存，都是至关重要的。通常通过锕系元素与配体之间的相互作用差异来进行分离。上世纪四十年代，学界已经热烈争论过锕系-配体之间的“共价”概念，假定次锕系元素形成了部分共价键，导致其5f轨道与配体轨道混合。 著名的洛斯阿拉莫斯国家实验室使用ADF中的相对论密度泛函理论，研究了Am、Cm、Bk、Cf离子与DPA（dipicolinate）配体之间的成键。通过实验热力学测量，观察到Cm和Bk之间络合能的差异；并发现这个差异与锕系5f轨道能量降低到配体的配位氧原子2p轨道能级附近，以及5f轨道的离域性有关。分离过程常常有赖于络合能的这种微小差异，而能量的（近）简并导致共价的机制，可能为锕系分离方法设计带来新的策略。  

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ReaxFF教程：ReaxFF计算锂离子扩散系数

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最新的ADF2017在ReaxFF中增加了“通过轨迹直接计算”、“通过高温外推”两种方法，计算（致密）材料中离子扩散系数。 体系范例、流程参考文献： ReaxFF molecular dynamics simulations on lithiated sulfur cathode materials, Md Mahbubul Islam, Alireza Ostadhossein,  Oleg Borodin,  A. Todd Yeates,  William W. Tipton,  Richard G. Hennig,  Nitin Kumar  and  Adri C. T. van Duin* ,Phys. Chem. Chem. Phys., 2015,17, 3383-3393 本教程以LixS为例，计算锂离子的扩散系数。 技能要求 熟悉ReaxFF的基本操作（参考费米维基ADF知识库） 一点点命令行操作常识（需要在命令行执行2个命令处理结果，从而得到扩散系数。其中Windows系统参考：Windows如何进行ADF的命令行操作；Linux、Mac可以直接打开命令行，但前提是ADF的环境变量在当前命令行是生效的，否则找不到所使用的这些ADF内部命令） 将文本数据导入Excel表格（参考：如何从图谱中导出数据到Excel表格） 英文教程下载 请点击此处。 教程说明 第一节：从网上下载cif文件，导入ADFinput中，并Edit → Crystal → Map atoms to (0..1)适调晶格坐标，并使用NPT系综，进行低温“弛豫”的方法，优化结构 第二节：生成两种不同x值的LixS无定形结构 第三节：通过NVT系综进行退火：升温、迅速降温；之后用NPT系综使体系达到平衡（因为退火时，结构可能发生收缩，但由于NVT系综的晶格常数是不变的，因此这样的结构并不稳定，需要用NPT系综使其达到稳态）。教程中温度上升、下降是退火过程的结果；密度增大，是NPT模拟过程的结果 第四节：这里开始，正式计算扩散系数：基于前面得到的结果，再次进行NVT计算：1600K、110000 steps、10000 non-reactive steps。注意需要加一个关键词：1 itrout，也就是itrout这个变量赋值为1。MD完成之后，进入命令行，分别执行两个命令，从而最终在生成的*.log文件中得到扩散系数 […]

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ADF Highlight：六氯化镅中的5f共价电子（JACS, 2017）

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参考文献： J. N. Cross, J. Su, E, R. Batista, S. K. Cary, W. J. Evans, S. A. Kozimor, V. Mocko, B. L. Scott, B. W. Stein, C. J. Windorff, P. Yang, Covalency in Americium(III) Hexachloride,  J. Am. Chem. Soc.,2017,139, 8667–8677 (2017). 本文结合Spin-Orbit Coupling DFT与跃迁偶极矩方法，计算分析了六氯化镅中氯K边XAS，观察到了Am-Cl键中5f与3d轨道混合的直接证据。 结合实验上氯K边XAS的数据，对比AmCl63- 和等电子的EuCl63-，确认了Seaborg在1954年提出的假设：AmIII 的5f轨道共价比EuIII的4f轨道混合更牢固。 ADF软件中，激发态计算orbital-difference DFT的设置方式：ADF input > Properties > Excitations(UV/Vis), CD > Method > […]

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ReaxFF教程：优化ReaxFF力场

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费米维基发布了综合使用ADF模块和ReaxFF模块，对ReaxFF力场进行优化的中文基础教程。详细教程请见：http://www.fermitech.com.cn/wiki/doku.php?id=adf:optimizeff。ADF软件集成了使用蒙特卡洛方法优化力场参数的脚本，目前已经可以较为方便的使用。  

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ADF 2017 新版发布

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ADF2017版正式发布，大家可以通过ADF官网申请免费试用。注意：计算机日期设置必须正确、不能回调日期，否则将导致license激活失败，并被列入黑名单！详情参考费米维基：ADF软件授权类型、价格、试用、购买，正确引用

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ADF计算化学软件高级培训班（2017年西安站）邀请通知

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ADF软件作为计算化学和计算材料学模拟平台以其专业性能得到各大高校及科研院所老师和同学们的青睐。2017年4月20-21日，费米科技将在西北大学长安校区举办为期两天的ADF计算化学软件高级培训班，以帮助更多的科研人员全面的了解ADF软件在计算化学各领域的应用。 主讲人介绍： 刘俊，ADF软件中国区技术支持。毕业于北京大学化学与分子工程学院。熟悉计算化学理论以及密度泛函理论的程序化。长期担任ADF软件技术支持，2010年曾到荷兰ADF软件开发组学习。 培训内容： ADF参数物理意义，以及如何设置 ADF软件的基本操作，以及如何生成图谱、数据 片段分析功能： 能量分解（EDA） 体系拆分为开壳层片段的计算 使用ETS-NOCV分析化学键的成分、类型、对EDA中轨道相互作用的贡献、成键导致的电子转移定量分析 转移积分与电子迁移率 过渡态搜索 荧光与磷光寿命、辐射跃迁速率 自旋轨道耦合的应用（SOCME） 开壳层的NMR计算 激发态几何结构优化 溶剂化计算： 非自洽的COSMO溶剂化 自洽的SCRF溶剂化 精确溶剂化方法FDE 周期性体系： 表面吸附结构的键能分解（pEDA） ETS-NOCV方法在周期性体系的使用 反应力场案例 热解 分子枪模拟表面沉积 使用蒙特卡洛－分子动力学混合模拟，达到宏观时间尺度效果 培训时间：2017年4月20-21日上午9:00-12:00 下午13:30-17:00 培训地点：陕西省西安市长安区学府大道1号西北大学长安校区化学与材料科学学院220室 培训费用：免费（食宿交通等费用自理） 人数限制：50人 温馨提示： 机房有台式电脑供学员练习使用，学员也可以自带笔记本，我们将提供免费试用license，用于提前练习、后续的复习等。衷心感谢广大新老学员的关注和支持！我们欢迎您提出宝贵的意见和建议，便于我们持续提高课程质量，让我们共同进步，期待您的参与！ 后续培训信息： ADF计算化学软件高级培训班（2017年厦门站）2017年5月16日-17日 厦门大学 ADF计算化学软件高级培训班（2017年上海站）2017年5月19日-20日 华东理工大学    

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ADF Highlight：沸石中八配位卤素(Proc. Nat. Acad. Sci.,2017)

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参考文献： G. Goesten, R. Hoffmann, F. M. Bickelhaupt and E. J. M. Hensen, 8-Coordinate Fluoride in a Silicate Double-4-Ring, Proc. Nat. Acad. Sci.  114, online (2017). 最近发现卤素在硅酸盐，也就是普通的沸石单胞D4R结构中存在颇为耐人寻味的成键作用（Goesten, Hoffmann, Bickelhaupt, Hensen.） 根据现在的理论上来说，所有卤化物倾向于占据中心的位置，来最大限度地减小笼子的形变（应变）。在应变存在的情况下，键作用能在笼顶点的位置应该更大，实际上中心位置就会成为跨越氧化硅对角顶点运动的过渡态。 EDA分析（参考费米维基：键能分解EDA）揭示了泡利排斥与中心卤素原子大小的关系。F–、Cl–、Br–、I–在D4R中的静电吸引与轨道相互作用依次增大，但都被大的多的泡利排斥掩盖掉了，只有F–的净成键作用能相比而言还算大。其他小离子，比如Li+、OH–、H–在D4R中也有较大的净的成键作用。 文中使用ADF的片段分析功能表明：在笼子的中心位置，卤素是八配位的；键高度离域，虽然八配位，但键级为4。 上图中的密度变化，参考费米维基：如何计算片段差分密度（分子与片段的电子密度之差）

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  • 基于离域激子特性实现完全可逆的单超原子光电子开关研究背景 在信息技术飞速发展的背景下，电子器件正朝着微型化、集成化、多功能化、智能化及网络化方向不断演进。其中，微型化与集成化是支撑这一趋势的关键基础。从原子与分子尺度出发构建功能器件，不仅顺应了器件尺寸持续缩小的需求，也为在原子层面探索材料的本征特性与量子效应提供了独特平台。团簇作为介于原子、分子与宏观凝聚态物质之间的新兴结构层次，是由数个至数千个原子、分子或离子通过物理或化学作用形成的稳定微观聚集体。它们具备精确的化学组成与原子排列，表现出显著的量子尺寸效应与类分子特性。原子精度可控的配体保护金属纳米团簇不仅保留了裸团簇的类分子电子结构，还具有制备工艺简便、环境稳定性高等优点，被视为在室温条件下实现单分子光电子器件大规模制备最具潜力的功能材料之一。 研究内容 扬州大学裴玮副教授和华南师范大学周思教授课题组合作，采用含时密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，以双膦配体保护的 Au13 超原子团簇为母体结构，通过掺杂原子与 Au12 空笼间的电子耦合诱导形成独特的超原子构型，从而改变了光激发过程中电子转移的能垒。具有 18 个价电子的超原子团簇表现出显著的激子离域特性，并因此产生较大偶极矩。通过与金电极经由卤化物连接体实现共价键合，所构建的单团簇结在低栅压（0.50 [...]
  • 交错磁中相干隧穿磁阻的异常厚度缩放特性研究背景 磁隧穿结（MTJ）是自旋电子学中的基本组成部分，通过巨磁电阻效应实现非易失性存储功能。减小 MTJ 厚度是提升存储密度、高速操作和自旋轨道耦合效率的关键。最近，新型磁体–交错磁（AM）材料因具有在实空间和动量空间中的交替自旋极化受到了广泛关注，它们表现出巨大的自旋劈裂而不具备净磁矩，成为超紧凑型 MTJ 集成的理想平台。在传统 MTJ 中，隧穿磁阻（TMR）通常会随着势垒厚度的增加而增大，这是因为反平行态下电子的隧穿衰减速度比平行态更快。本工作揭示了一种在交错磁隧穿结（AMTJ）中 TMR 随着势垒厚度增加而减小的反常规律，这是由于交错磁的能带中自旋简并部分形成了一条在反平行态下无法被抑制的隧穿通道，该现象进一步在二维 V2Te2O/Cr2Se2O/V2Te2O 和 V2Te2O/ZnSe/V2Te2O AMTJ 中得以验证。 研究内容 本文首先对 AMTJ 的 TMR 随着厚度变化的物理机理进行理论分析并提出双势垒模型，将自旋劈裂的费米面分为外部区域 A 和中心区域 B。在 AP 配置中，左右电极的 Néel 矢量是反平行的，区域 A 的自旋匹配问题使得该区域的电子透射可以有效抑制，被称为有效区域。而区域 B 的传输通道在 AP 配置下仍然保持开启，因为自旋分裂的两个费米面重叠，形成了一个自旋简并的传输通道，在 P 和 AP 状态下都保持开放，也被称为无效区域。根据隧穿理论，TMR 随着中间层厚度的变化可以用以下公式表达： 其中 kA 和 kB 分别为区域 A 和区域 B 的衰减系数。本文探讨了两种情景下的 TMR 行为：当 kA 小于 kB 时，TMR 随势垒厚度增加而增加，符合传统的缩放规律；而当 kA 大于 kB 时，表现为反常的缩放现象。 图1.（a）传统 MTJ 和（b）AMTJ 中的隧穿机制；（c）平行态配置中，区域 A 和 B 的电子态都参与隧穿；（d）反平行配置中，区域 A 的电子态传输被抑制，但区域 B 的电子态仍有传输。 随后采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究具有不同势垒厚度的 V2Te2O/Cr2Se2O/V2Te2O 和 V2Te2O/ZnSe/V2Te2O AMTJ 器件以验证这一反常规律。首先，通过计算能带结构，V2Te2O 和 Cr2Se2O 分别为二维交错磁金属和交错磁半导体，且均具有 d 波各向异性。 [...]
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