VNL-ATK 2014 新版发布

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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vnl-atk-2014-1-voronoi

  • 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vnl-atk-2014-2-creep_stress
    • 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)vnl-atk-2014-3-local_structure
    • 局域结构分析(Voronoi、中心对称性、部分电荷)
    • 局域张力
    • 弹性常数
    • 径向分布函数、速度和能量分布
    • 计算声子振动模式
    • 创建动画(也适用于 NEB 计算结果)
  • 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vnl-atk-2014-4-rdf

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vnl-atk-2014-5-noncollinear

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vnl-atk-2014-6-bi2se3_bs
  • 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
    • DFT:通过 OMX 赝势支持
    • 半经验紧束缚模型:在各种内建模型中增加自旋劈裂参数vnl-atk-2014-7-so_bs

与半导体材料相关的新功能vnl-atk-2014-8-mgga

  • 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

vnl-atk-2014-10-passivatorvnl-atk-2014-9-si_pin

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-vasp-9

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。vnl-vasp-1

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
    vnl-atk-2014-14-mode8_test

    点击图片看动画

  • 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
      vnl-atk-2014-15-animation

      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

         vnl-atk-2014-17-editor1

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:vnl-atk-2014-19-4probedevice

  • 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
 
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