VNL-ATK 2014 新版正式发布,已经可以下载。
新功能概览
- 新增 ATKClassical 经验势计算模块,更新了分子动力学功能,可以用于声子输运计算。支持 LAMMPS 输出作图
- 升级了非共线自旋,增加了自旋-轨道耦合,可以用于 ATK-DFT 和 ATK-SemiEmpirical
- 新增一些用于半导体材料和器件研究的功能
- 性能提升,减少计算时间和内存需求,增强了 VNL 的图形处理能力。新版本比 ATK 13.8 速度提升大于35-40%,针对某些计算使用特殊算法还可以进一步提速。新的图形引擎可以创建 10000 个以上的原子体系,可以显示一百万以上原子的分子动力学计算结果。
- 与 VASP、Quantum Espresso、GPAW 等代码联合使用
- FHI-aims 计算代码已经嵌入,支持 Python
- Mac OS X 版本
- 详细信息见下文
欢迎访问重新编排的实例教程。
新版的 VNL 图形界面(附带串行版ATKClassical功能)仅售 500 欧元!
License
- 运行新版的 VNL-ATK 需要 license 文件中包含 14.2 或更高的版本号。
- 运行 ATKClassical 需要 license文件中有相应的功能,该功能向学术研究用户免费发放。
- license server 需要升级到 LM-X version 4.6.5 版本,新版在这下载,安装和配置方法参考这里。
VNL-ATK 2014 的新功能
ATKClassical:支持经验势和分子动力学计算的新模块
- 包括超过 160 种 Bond-order 势,种类丰富,可以进行非常多种的材料模拟,包括金属、半导体合金、玻璃结构和有机材料!
- 二体、三体势:多种版本的 Lennard-Jones 势,Sutton-Chen,Stillinger-Weber 势
- 多种版本的 Tersoff 势
- 简化(tapered)势:Morse、Buckingham、Vessal、Tosifumi、damped dispersion
- ReaxFF
- EAM(fs + alloy)
- Coulomb solver:Ewald(平滑粒子网格),DSF,Debye,simple pairwise
- 使用简单 Python 代码即可实现来自文献或自定义的势
- 支持几种势结合使用,例如将 Stillinger-Weber 势与 Lennard-Jones 势联合使用以考虑范德华相互作用
- 方便的支持文献中提到的势,例如 Pedone、Guillot-Sator、Marian-Gasteich、Feuston-Garofalini、Matsui、Leinenweber……
- 各种势的细节参见手册
- OpenMP 线程并行
- 16 核上计算快至 10 倍
- 空间分解的 MPI 并行预计 2015 版本实现
- 高级结构建模工具
- 使用 Voronoi 多面体方法构建多晶体系
- AFM 针尖建模
- 性质分析和作图工具(这些工具也适用于 DFT 和 DFTB 计算)
- MD 方法
- NPT with stress mask
- Nose-Hoover(NVT)
- NVE Velocity Verlet
- NVT、NPT berendsen
- NPT Melchoinna
- Langevin
- 设定质心速度为零
- 设定关注函数,例如应力、应变模拟
- 新增 MD 实例教程
比传统 MD 代码(LAMMPS 等)更方便:
- 方便定义自己的势和混合势
- 器件结构:可以进行 NEGF 热输运计算
- 图形用户界面可以用于建模、计算设置和结果分析
LAMMPS 在 VNL 也获得支持!用户可以很方便将 LAMMPS 结果轨迹导入来制作动画、分析局域结构、径向分布函数等。
注意:运行 ATKClassical 需要 license 文件中有相应的功能,该功能向学术研究用户免费发放。
非共线自旋与旋轨耦合
ATK 13.8 中引入的非共线自旋在新版中得到了重大改善,不仅仅是收敛性能和精度的提升。新增的旋轨耦合可以计算拓扑绝缘体等,与 MGGA 联和使用,可以非常好的到半导体材料的价带结构。
- 非共线自旋计算完整支持各种 DFT 交换模型(LDA、GGA、MGGA)
- 也可以用于 Slater-Koster 紧束缚近似计算
- 支持块体等周期结构,也支持器件、输运计算
- 收敛技巧:先作共线计算收敛,再在自旋空间旋转密度矩阵
- 计算:
- 各向异性磁性
- 磁性隧道结中的电子输运
- Spin torque transfer(STT)
- 旋轨耦合支持块体等周期性结构,也支持器件、输运计算
与半导体材料相关的新功能
- 新 MGGA 泛函库:参见新教程《计算 InAs 的能带结构》了解如何获得与实验一致的能带和有效质量,这个教程中还展示了其他新功能:用于钝化半导体表面的悬挂键的新工具,可以细致控制杂化状态和键长
- 分数氢原子钝化极性表面(III-V 族纳米线、纳米层)
- 有效质量张量分析:计算任意k点的能带曲率,在多个方向上投影获得有效质量的精确数值
- 掺杂对于研究实际体系非常重要。但是直接构建掺杂模型往往杂质浓度非常高,或者不得不构建非常大的超晶胞。ATK 允许在原子区域引入电荷来模拟区域掺杂。
- 2014 版改变:
- 电荷定义为静电荷(通常是零)
- 不能再用原子序号掺杂,只能使用原子标签
性能改进
- 新 MKL/编译器提升 35-40% 的速度
- Multigrid 方法速度提升
- 稀疏矩阵对角化(FEAST)
- 自能计算的稀疏矩阵方法
- 自能稀疏矩阵存储
- 新的直接法求解泊松方程
- 优化分块和轨道排序
- 四面体方法计算DOS得到加速
- 提醒所有用户:在一个节点上设置多个 MPI 进程计算时,应设置OMP_NUM_THREAD=1,否则并行性能可能会大打折扣
图形性能改进
使用 3D 游戏中才会用到的先进技术重写的图形引擎让 VNL 图形界面的渲染性能得到大大提升:
- Viewer 和 Movie 工具现在可以流畅的渲染百万原子(不显示键)。Builder 目前可以处理 10000 原子(2015 版将提升到百万原子级)
- 此技术并不需要太高配置的硬件,OpenGL with shader support 在多数板载显卡如 Intel HD 2000 上都支持
新的 VASP 功能 
VNL 不仅是 ATK 的图形界面,原则上用户可以创建自己的插件来支持任何原子级别模拟的代码。现在,VASP 的图形界面接口已经在 VNL 中实现。
VNL 13.8 中已经增加了 VASP Scripter 来支持创建 VASP 输入文件。新版将这个功能扩展到能带计算等,可以直接在图形界面上设置大部分的 VASP 计算,创建可以直接计算的 VASP 输入文件 INCAR、POSCAR、KPOINTS 和 POTCAR。
新的 2014 版还支持分析 VASP 的输出结果。单机 EIGENVALS 文件可以直接画出能带;可以从 DOSCAR 直接分析在不同角动量上的投影;显示三维网格数据(电荷密度 CHGCAR、PARCHG、有效势 LOCPOT);从优化结构(CONTCAR)、NEB 或 MD 结果(XDATCAR)创建动画。还可以使用 VNL 中提供的其他功能,例如:将两个密度数据作差或将 3D 网格在一维上投影。
参考VASP系列教程。
其他代码支持
- QuantumEspresso:构型、能量、张力、力、电荷密度
- GPAW:构型、轨迹
- Materials Studio:XTD文件
- LAMMPS:轨迹
通用的新功能
- 导出 GIFs 动画
- 产生旋转动画
- 半经验模型计算 LDOS
- 新增来自 OpenMX+FHI 的基组,支持 DFT 旋轨耦合计算
- 在 Viewer 中重复(原子和键)
- 新增和更新的 LabFloor 插件
- 导出 Cube 文件,可以导出带结构的复杂网格数据
- 网格数据计算:将格点数据加减
- 电极有效性判断
- IV 曲线分析支持自旋上、下电流
- Builder 中的空间区域处理
- 用分数坐标定义区域
- 平移区域
- 快捷键显示、隐藏
- Builder 插件功能更新
- Niggli 工具,用于将晶胞约化成最简形式
- 平移、旋转、镜像 NEB
- Device from bulk 改进
- Repeat 尽量保持晶体对称性
- 复制晶胞参数更方便
- 导出 NEB 构型的一个结构
点击图片看动画
- LabFloor 更新文件处理更高效稳定
- 快速取消全部文件选择
- Preference 对话框
- API 更新
- Viewer 中的 Toolbar 插件
- read_state=False:仅仅读取元数据,不读取全部数据
- 在 Builder、Viewer 中增加菜单和基本操作通用快捷键
- Editor 更新
- 搜索、替换
- 代码自动填充和高亮
- 弹出格式帮助
底层数据
现在可以再 ATK 中直接使用 Python 访问底层数据结构,包括:
- 哈密顿量和重叠矩阵
- 密度矩阵
- 自能
- 延迟格林函数和左、右格林函数
- 动态矩阵和重叠矩阵
- 声子自能
- 声子延迟函数和左右声子格林函数
- 用户可以用这些实现多种功能,比如四端电极输运计算和 AC 电导(参考实例)
Mac OS X 版
适用于 Mac OS X 10.8 以后的版本
其他小改变
- Limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shannon(LBFGS)作为默认优化方法
- Gimme DFT-D2 用 C++ 实现以提升大体系计算速度
- 软件包大小减少 30-40%
- 增加 SciPy、Scalapack、Blacs
- 基本常数更新至 CODATA2010
- 增加 lastImage() 方法优化轨迹
- 导出能带结构数据带有实际k点数值
- OpenSSL 支持
- 改进 license 出错信息提示
其他对继承版本的问题修复
新版本的已知问题
目前没有已知的问题影响计算结果或软件使用,目前开发者主要在集中精力解决VNL在显示大规模体系(超过100000原子)时的图形性能,进一步改进某些部分代码的计算效率,增加并行效率,期待在2015版中实现更好的计算。
以下问题正在解决:
- Intel HD4000 显卡不完整支持 shader 图形显示:临时解决方案是在菜单 File->Preference 中的 Graphic 中取消 shader 支持
- 在 Bandstructure Analyzer 中放大倍数非常大的时候,可能无法显示应有的数据点,适当缩小即可显示。
- 在打开大的体系结构时点击 Builder 图标可能会导致 VNL 崩溃
- 新旧版本的计算结果保存在同一个 nc 文件里会导致错误
- Ghost atoms 可能显示为普通原子(无键),而不是 wireframe 样式
- 一些其他的奇怪的小问题