PES点属性

无论AMS驱动程序都以某种方式使用什么应用程序 始终探索系统的潜在能量表面(PES)。一罐 此外,请问AMS在点中计算PE的其他属性 被访问过。这些主要是能量的衍生物,例如,我们可以问 AMS在访问的积分中计算梯度或粗衰尖。一般来说 all these PES点属性are requested through the Properties block in the AMS input:

Properties
   Gradients [True | False]
   StressTensor [True | False]
   Hessian [True | False]
   SelectedAtomsForHessian integer_list
   NormalModes [True | False]
   ElasticTensor [True | False]
   Phonons [True | False]
End

AMS.手册中此页面描述了所有支持的属性。

请注意,因为这些属性与特定点绑定到 潜在的能量表面,它们是在的 发动机输出 files。还要注意,该属性并不总是如此 在每个PES中计算,指出AMS驱动程序在计算期间访问。 默认情况下,它们仅计算在 特别的 PES点,其中 特殊的定义取决于 任务 AMS正在表演:for a 几何优化 properties would for 仅在最终,融合几何中计算。这种行为可以 经常通过特殊的关键字修改特定的运行任务。

核梯度和压力张量

关于核协调的第一个衍生物可以要求 follows:

Properties
   Gradients [True | False]
End
Properties
Gradients
类型:BOOL.
默认值:错误的
描述:是否计算梯度。

请注意,这些是渐变,而不是力量,差异是标志。这 梯度在输出中打印并写入 引擎结果 file 属于PES的特定点 AMS.Results%Gradients 变量作为A. \(3 \ times n_ \ mathrm {atoms} \) array 在原子单位(Hartree / Bohr)。

对于定期系统(链条,板坯,散装)也可以请求夹紧离子 压力张量(注意:夹紧离子胁迫只是一部分 真的 stress tensor):

Properties
   StressTensor [True | False]
End
Properties
StressTensor
类型:BOOL.
默认值:错误的
描述:是否计算压力张量。

夹紧离子应力张量 \(\ sigma_ \ alpha \) (Voigt notation) is 通过能量的数值分化计算 \(e \) WRT a strain deformations \(\ epsilon_ \ alpha \) 保持原子分数坐标 constant:

\ [\ sigma_ \ alpha = \ frac {1} {v_0} \ left。 \ frac {\ partial e} {\ partial \ epsilon_ \ alpha} \ light | _ \ text {常数原子分数坐标} \]

在哪里 \(v_0 \) 是单位单元的体积(对于2D周期性系统 \(v_0 \) 是单元电池的区域,以及1D定期系统 \(v_0 \) 是单位细胞的长度)。

夹紧离子应力张量(在笛卡尔符号中)被写入发动机 result file in AMS.Results%StressTensor.

Hessian和正常的振动模式

关于总能量的第二导数相对于 核坐标通过:

Properties
   Hessian [True | False]
End
Properties
Hessian
类型:BOOL.
默认值:错误的
描述:是否或不是计算黑森州。

Hessian未打印到文本输出,但保存在引擎结果中 file as variable AMS.Results%Hessian. Note that this ist just the plain 总能量和订单的第二衍生物(无大规模加权) of its \(3 \ times n_ \ mathrm {atoms} \) 列/行,组件索引 增加最快:第一列是指变化 \(X\) - Atom 1的组成,第二个到 \(y \)-Component,这 第四 到了 \(X\) - 第二个原子的组成,等等。

也可以请求计算正常模式 vibration:

Properties
   NormalModes [True | False]
End
Properties
NormalModes
类型:BOOL.
默认值:错误的
描述:是否计算振动的正常模式(以及分子相应的IR强度。)

笔记

有关更多信息和计算和分析的先进方法 分子振动,参见手册章节 振动 analysis (模式扫描,细化和跟踪)。

这意味着Hessian的计算,这是计算所需的 正常模式。对于能够计算偶极矩的发动机,这 还可以实现红外强度,使IR 通过使用ADFSPectra打开发动机结果文件,可以通过频谱可视化。 正常的振动模式和红外强度被保存到 引擎结果文件 在里面 Vibrations section.

笔记

需要进行正常振动模式的计算 system’S平衡几何形状。所以一个应该运行正常模式 使用已经优化的几何计算计算,或者将两个步骤结合在一起 one job by using the 几何优化任务 together with the Properties%NormalModes keyword.

Symmetry labels of the normal modes of molecules may be calculated if AMS uses symmetry in the calculation of normal modes (key NormalModes%UseSymmetry). 如果使用对称性,则将题为IFREP的Symtric位移投影。如果这不成功,对称标签是‘MIX’. 仅在起始几何体具有对称性时才识别对称性。 如果分子在空间中具有特定取向,则对称仅用于分子,类似于Z轴是主旋转轴。 如果使用GUI,则可以单击“对称”按钮(星形),使得GUI将(尝试)对称并重新定位分子。 存在一些情况下,即使在这种对称化之后,分子的取向也不是使用对称性所需的。 If that is the case or if key NormalModes%UseSymmetry is set to ‘False’或者,如果没有对称性,则不会计算任何对称标签。

NormalModes
   UseSymmetry [True | False]
End
NormalModes
类型:堵塞
描述:配置正常模式计算的详细信息。
UseSymmetry
类型:BOOL.
默认值:真的
描述:是否利用系统在正常模式计算中的对称性。

热力学 (ideal gas)

每当计算正常模式时,默认计算下面的热力动力学性质:熵,内部能量,恒定量热容,焓和吉布斯自由能。为熵,内部能量和恒定体积热容量计算平移,旋转和振动贡献。还计算了惯性惯性和系统的主轴。 这些结果将写入输出文件(部分:“统计热分析”)和发动机二进制结果文件(部分:“Thermodynamics”).

假设理想的气体计算热力学性质,忽略电子贡献。如果电子配置(几乎)退化,后者是严重的遗漏,但是只要与振动频率相比,随着下一个状态的能量差,效果很小。 热分析基于温度依赖性分区功能。 (非线性)分子的能量是(如果从零点能量测量能量)

\ [\ frac {e} {nkt} = \ frac {3} {2} + \ frac {3} {2} + \ sum_j ^ {3n-6} \ left(\ frac {h \ nu_j} {2kt} + \ frac {h \ nu_j} {kt(e ^ {h \ nu_j /(kt)} - 1)} \右) - \ frac {d} {kt} \]

求和是所有谐波 \(\ nu_j \), \(H\) is Planck’s constant and \(d \) 是解离能量

\ [d = d_0 + \ sum_j \ frac {h \ nu_j} {2} \]

从总值中排除了低(小于20 1 / cm)频率,热容量和内部能量的贡献,但它们单独列出(所以如果用户可以添加它们)。

Thermo
   Pressure float
   TMax float
   TMin float
   nSteps integer
End
Thermo
类型:堵塞
描述:热力学性质的选项(假设理想的气体)。计算属性‘nSteps’温度在[Tmin,Tmax]范围内。
Pressure
类型:漂浮
默认值:1.0
单元:atm
描述:计算热力学性质的压力。
TMax
类型:漂浮
默认值:298.15
单元:凯尔文
描述:温度范围的最大值。
TMin
类型:漂浮
默认值:298.15
单元:凯尔文
描述:温度范围的最小值。
nsteps.
类型:整数
默认值:1
描述:The number of温度在[Tmin,Tmax]范围内。

部分振动光谱(PVDOS)

每当请求普通模式时,默认计算部分振动光谱(也称为PVDOS)。 The PVDOS \(别针}\) 为原子 \(一世\) 和正常模式 \(n \) is defined as:

\ [p_ {i,n} = \ frac {m_i | \ vec {\ eta} _ {i,n} | ^ 2} {\ sum_ {p} m_i | \ vec {\ eta} _ {i,p} | ^ 2} \]

在哪里 \(m_i \) 是原子的核重量 \(一世\), 和 \(\ vec {\ eta} _ {i,n} \) 是原子的疏水载体 \(一世\) 在正常的正常模式下 \(n \).

小费

部分振动谱(PVDOS)可以使用该部分可视化 adfspectra 吉伊 module (振动→部分振动光谱(PVDOS))。在绘制部分振动频谱时,正常模式的IR强度由所选原子的相应PVDO缩放。

_images / pvdos.png.

Fig. 1 部分振动频谱(PVDOS)的示例。虚线是1-丙醇的全红外光谱。实线是OH基团的PVDOS缩放的IR光谱(使用GFN1-XTB计算的IR频谱)。

PVDOS矩阵未打印到文本输出,但仅保存到发动机 binary output (.rkf) in the variable Vibrations%PVDOS.

弹性张量

弹性张量 \(c _ {\ alpha,\ beta} \) (voigt表示法)通过二阶数值分化计算 energy \(e \) WRT应变变形 \(\ epsilon_ \ alpha \)\(\ epsilon_ \ beta \):

\ [c _ {\ alpha,\ beta} = \ frac {1} {v_0} \ frac {\ partial ^ 2 e} {\ partial \ epsilon_ \ alpha \ partial \ epsilon_ \ beta}

在哪里 \(v_0 \) 是单位单元的体积(对于2D周期性系统 \(v_0 \) 是单元电池的区域,以及1D定期系统 \(v_0 \) 是单位细胞的长度)。

对于每个应变变形 \(\ epsilon_ \ alpha \ epsilon_ \ beta \),原子位置将被优化。 弹性张量可以用于任何周期,即1D,2D和3D。

也可以看看

示例:弹性张量

To compute the elastic tensor, request it in the Properties input block of AMS:

Properties
   ElasticTensor [True | False]
End

笔记

弹性张量应在完全优化的几何形状中计算。一 因此应该对所有程度的自由进行几何优化, 包括格子vectors。建议使用紧张的渐变 几何优化的收敛阈值(例如1.0E-4)。注意 所有这些都可以通过组合来在一个作业中完成 几何优化 task 具有弹性张量计算。

弹性张量(在voigt符号中)打印到输出文件并存储 in the 引擎结果文件 在里面 AMS.Results 部分(对于3D系统,Voigt符号中的弹性张量是6x6矩阵; 对于2D系统是一个3x3矩阵;对于1D系统只是一个数字)。

可以在“数字差异化程序”中的选项 ElasticTensor input block:

ElasticTensor
   MaxGradientForGeoOpt float
   Parallel
      nCoresPerGroup integer
      nGroups integer
      nNodesPerGroup integer
   End
   StrainStepSize float
End
ElasticTensor
类型:堵塞
描述:弹性张量的数值评估选项。
MaxGradientForGeoOpt
类型:漂浮
默认值:0.0001
单元:Hartree / Angstrom
描述:最大核梯度放宽紧张系统的内部自由度。
Parallel
类型:堵塞
描述:通过数值分化评估弹性张量是一种令人尴尬的平行问题。双行并行化允许将可用的处理器内核拆分为通过所有可用任务并行工作的组,导致更好的并行性能。此块中的键决定了如何将可用的处理器核心分成并行工作的组。
nCoresPerGroup
类型:整数
描述:每个工作组中的核心数。
nGroups
类型:整数
描述:处理器组总数。这是将并行执行的任务数。
nNodesPerGroup
类型:整数
描述:每个组中的节点数。此选项仅适用于同一性计算群集,其中所有使用的计算节点都具有相同数量的处理器核心。
StrainStepSize
类型:漂浮
默认值:0.001
描述:用于在数值上计算弹性张量的应变变形的步长(相对)。

声子

围绕其均衡位置周围原子的集体振动,给予 摇动振动,称为声子。 AMS可以计算敏感 标准谐波理论中的色散曲线,用有限公司实施 差异方法。在谐波近似范围内,我们可以计算出来 分区功能,因此热力学属性,如具体 热量和自由能。

The calculation of phonons is enabled in the Properties block.

Properties
   Phonons [True | False]
End

笔记

应对优化的几何形状进行声子计算, 包括 the lattice vectors。这可以通过阅读已经完成 优化系统作为输入,或将声子计算与 几何优化任务.

声子计算的细节配置在其中 NumericalPhonons block:

NumericalPhonons
   SuperCell # Non-standard block. See details.
      ...
   End
   StepSize float
   DoubleSided [True | False]
   UseSymmetry [True | False]
   Interpolation integer
   NDosEnergies integer
   Parallel
      nCoresPerGroup integer
      nGroups integer
      nNodesPerGroup integer
   End
End
NumericalPhonons
SuperCell
类型:非标准块
描述:用于旋转的声音。超格子在格子载体中表达。大多数人都会发现一个对角矩阵最容易理解的。

这里最重要的设置是超级电池变换。原则上 这应该尽可能大,因为声子乐队结构会聚 超级细胞的大小。在实践中,人们可能希望从2x2x2小区开始 并增加超级电池的大小,直到主带结构 converges:

NumericalPhonons
   SuperCell
      2 0 0
      0 2 0
      0 0 2
   End
End

Other keywords in the NumericalPhonons block modify the details of the numerical differentiation 程序和结果的准确性:

NumericalPhonons
StepSize
类型:漂浮
默认值:0.04
单元:
描述:在数值上从分析梯度获得力常数(第二衍生物)的步长。
DoubleSided
类型:BOOL.
默认值:真的
描述:默认情况下,使用核梯度的双面(或二次)数值分化。使用单侧(或线性)数值差异化的计算方式更快但更准确。注意:在程序的旧版本中,只有单面选项可用。
UseSymmetry
类型:BOOL.
默认值:真的
描述:是否利用系统在声子计算中的对称性。
Interpolation
类型:整数
默认值:100
描述:使用插值生成平滑的声音图。
NDosEnergies
类型:整数
默认值:1000
描述:NR。用于计算用于整合热力学性质的声子DOS的能量。对于快速计算引擎,这可能会成为时间限制,并且可以尝试较小的值。

请注意,数值声子计算支持AMS’ 双倍的 parallelism,这可以执行计算 单独的位移并行。默认情况下禁用此禁用,但可以 enabled using the keys in the NumericalPhonons%Parallel block:

NumericalPhonons
Parallel
类型:堵塞
描述:通过数值分化计算声子是一个令人尴尬的平行问题。双行并行化允许将可用的处理器内核拆分为通过所有可用任务并行工作的组,导致更好的并行性能。此块中的键决定了如何将可用的处理器核心分成并行工作的组。请记住,位于超级单元系统上进行声子计算的位移,使得每个任务需要比使用原始单元计算的中心点更多的内存。
nCoresPerGroup
类型:整数
描述:每个工作组中的核心数。
nGroups
类型:整数
描述:处理器组总数。这是将并行执行的任务数。
nNodesPerGroup
类型:整数
描述:每个组中的节点数。此选项仅适用于同一性计算群集,其中所有使用的计算节点都具有相同数量的处理器核心。

数值差异选项

每当AMS通过数值分化计算梯度,HESSIANS或压力张量时,以下选项适用。

NumericalDifferentiation
   NuclearStepSize float
   Parallel
      nCoresPerGroup integer
      nGroups integer
      nNodesPerGroup integer
   End
   StrainStepSize float
   UseSymmetry [True | False]
End
NumericalDifferentiation
类型:堵塞
描述:定义用于数值差异的选项,即定期系统的梯度,黑森州和应力张量的数值计算。
NuclearStepSize
类型:漂浮
默认值:0.005
单元:Bohr.
描述:数值核梯度计算的步长。
Parallel
类型:堵塞
描述:数值差异是一个令人尴尬的平行问题。双行并行化允许将可用的处理器内核拆分为通过所有可用任务并行工作的组,导致更好的并行性能。此块中的键决定了如何将可用的处理器核心分成并行工作的组。
nCoresPerGroup
类型:整数
描述:每个工作组中的核心数。
nGroups
类型:整数
描述:处理器组总数。这是将并行执行的任务数。
nNodesPerGroup
类型:整数
描述:每个组中的节点数。此选项仅适用于同一性计算群集,其中所有使用的计算节点都具有相同数量的处理器核心。
StrainStepSize
类型:漂浮
默认值:0.001
描述:数值应力张量计算的步长(相对)。
UseSymmetry
类型:BOOL.
默认值:真的
描述:是否利用系统的对称性以进行数值差异。

请注意,数值差异化计算支持AMS’ 双倍的 parallelism,这可以执行计算 单独的位移并行。默认情况下禁用此禁用,但可以 enabled using the keys in the NumericalDifferentiation%Parallel block.

AMS. may use symmetry (key NumericalDifferentiation%UseSymmetry) in case of numerical differentiation calculations. 如果使用对称性,则对称性独特的原子被移位。 仅在起始几何体具有对称性时才识别对称性。 如果分子在空间中具有特定取向,则对称仅用于分子,类似于Z轴是主旋转轴。 如果使用GUI,则可以单击“对称”按钮(星形),使得GUI将(尝试)对称并重新定位分子。 There are some cases that even after such symmetrization, the orientation of the molecule is not what is needed for the symmetry to be used in case of numerical differentiation calculations. If that is the case or if key NumericalDifferentiation%UseSymmetry is set to ‘False’,然后不会使用任何对称性。