AMS系列培训:第一性原理、分子动力学与ReaxFF参数训练

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AMS 多尺度材料与化学模拟平台中集成的 ReaxFF 反应力场功能自推出以来很受欢迎,但 ReaxFF 的力场的训练一直面临两个方面的困难:

  • 训练工具使用繁琐,很多步骤甚至不清楚含义,基于命令行的使用,给用户带来一定的障碍;
  • 如何训练出一个高质量的 ReaxFF 力场,还涉及对训练思路本身的充分理解,从而能够准确地根据训练结果,调整训练参数、做出更优的 DFT 参考集。

新版的 AMS 推出了基于图形窗口操作的、完善的 ReaxFF 力场训练功能 ParAMS,并支持机器学习势的训练。AMS 训练出的 ReaxFF 力场文件,也可以支持 Lammps 等分子动力学软件。本次培训重点介绍 AMS 中的力场训练功能的原理、使用流程,以及得到的力场在分子动力学中的应用。

在线培训日程安排

  • 形式:现场培训,自带笔记本电脑和电源插座延长线。提供 AMS 软件试用许可(现场发放)
  • 费用:统一费用 1200 元。本次培训分为 3 个部分,可以根据自己的实际需求选择要参与的部分。
  • 时间:2025年8月27~29日
  • 地点:西安

讲师介绍

  • 讲师1:AMS 中国区技术支持 从事理论方法研究、AMS 计算化学应用近20年,负责27-28日的培训内容。
  • 讲师2:刘博士,具有丰富的 ReaxFF 力场开发经验和经历,发表了多篇 ReaxFF 力场开发与应用相关成果,负责29日的培训内容。

AMS介绍

AMS 作为多尺度全功能的材料与化学模拟平台,发展历史悠久,功能更新速度快。AMS具有完整的图形用户界面,非常适合初学者;同时,AMS 还支持 Python 二次开发,适合专业工作人员。AMS 的应用领域覆盖:

  • 分子体系的量子化学计算:化学反应机理研究、丰富的光谱性质预测、发光、热力学性质、丰富的化学键机理研究方法、复杂电子结构的重元素配合物与团簇、多金属氧酸盐、药物分子构象搜索等
  • 晶体、表面、框架结构材料、半导体、聚合物、无规相混合物:吸附能与吸附键、表面催化、单原子催化、化学反应机理、磁性质、材料电子结构、力学与热力学性质、介电函数等
  • 分子动力学:基于经典力场、反应力场、机器学习势、DFTB的分子动力学与蒙特卡洛模拟,被广泛地应用于化学反应机理与预测研究,以及微细加工、燃烧、热解、催化,以及物性的研究
  • 药物与化工:离子液体溶剂、气-液/液-液平衡、共晶、低共熔溶剂筛选等,采用UNIFAC、COSMO-RS/SAC/UNIFAC等方法研究,广泛应用于化工、制药领域
  • 更接近实验、工业研究实际:微观动力学、动力学蒙特卡洛

内容提纲

第一部分:分子体系的第一性原理计算  (8月27日 ~ 8月28日 上午)
  • 分子体系与晶体、掺杂的建模
  • 使用 ADF 进行基态计算,分析能级、电子轨道、轨道组分分析、静电势分析
  • 几何结构优化的收敛问题与解决
  • 常见谱学性质的计算:
    • 红外、拉曼
    • 紫外可见吸收谱的计算
    • 单重态激发态结构优化
    • 三重态基态与激发态的结构优化
    • 磷光辐射跃迁寿命、荧光辐射跃迁寿命
    • Franck-Condon Factor与磷光发射
    • 系间窜越的旋轨耦合矩阵元SOCME与系间窜越速率的计算
  • 溶剂化:结构优化、激发态计算、QMMM 与 FDE 高精度显式溶剂化
  • 具有对称性的配合物计算
    • 点群、不可约表示的概念
    • 洽迭代收敛的问题如何解决,如何确保得到正确的基态电子结构
  • 基于EDA、ETS-NOCV的配合物化学键键能分析方法
    • 正确分析的基本原则(实例:Science, 2018 361, 912)
    • 含离子体系的基态 DFT 计算与 EDA-NOCV 分析:Fragment Orbital Constrained DFT 方法
    • 分子/离子对的电子基态、激发态
  • 基于 IQA 方法的分子内化学键分析
  • 周期性体系的第一性原理计算
    • 维度问题与 DFT 的不同处理方式
    • 从晶体结构生成X射线粉末衍射谱
    • 结构优化、应力下的结构优化、晶格常数优化
    • 晶体与表面计算的一些基础知识
    • 表面化学反应过渡态计算
    • 吸附能、内聚能计算,吸附键的键能分析 pEDA,与共价作用 NOCV 分析
    • 外加电场的电子结构计算:电场对能带的影响
    • 基于BAND、Quantum Espresso 的 AIMD
    • 基于Quantum Espresso的声子谱计算
    • 聚合物介电函数的计算
第二部分:分子动力学  (8月28日  下午)
  • 分子动力学相关基础
    • 周期边界条件
    • 力学、力场、反应力场与键级、步长、步数、保存轨迹频率
    • 系综
    • 弛豫、退火
  • 力场的选择与验证
  • 通过 ReaxFF 的基础燃烧案例,熟悉分子动力学相关参数、分析工具
    • ChemTrazYer2 分析基元反应
    • Python 统计化学键、氢键、环的数目变化
  • 聚合物
    • 交联反应
    • 热固性聚合物的玻璃化转变温度
  • 非平衡分子动力学:
    • 径向分布函数 RDF
    • 热传导模拟
    • 基于均方位移的扩散系数计算
    • 粘度
    • 摩擦与切割
    • Molecule Gun:表面沉积的模拟
  • 机器学习势的分子动力学模拟
  • 基于 DFT-MD 训练机器学习势的简单方法 Active Learning
第三部分:ReaxFF 参数训练  (8月29日)
  • 准备工作:
    • ReaxFF 理论
    • ReaxFF 手册阅读
    • 力场参数训练方法
  • ReaxFF 训练集的建立:
    • 水 H2O (键扫描)
    • ZnS 和 ZnS(110) 表面吸附 H2S
  • 旧版文件格式转化为新的 ParAMS 格式
  • ReaxFF力场优化实例,讲解全新力场的训练集选择、训练技巧与实际经验
    • 例一(已发表):环保绝缘气体分解机制的ReaxFF力场开发的流程和经验
    • 例二(文献):体相 Co 体系的ReaxFF力场开发的经验
    • 例三(文献):过渡金属材料界面反应的ReaxFF力场开发的经验
  • 实践经验交流环节:本环节非常重要,您可以将关于ReaxFF力场开发的所有实际问题,在这个环境提出,与讲师探讨。ParAMS方法也可以训练机器学习势(与ReaxFF力场训练完全相同),因此使用ParAMS训练机器学习势的相关问题也完全可以借鉴。

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