QuantumATK W-2024.09新版发布

文摘   2024-09-16 07:20   北京  


QuantumATK W-2024.09 新版中,GW 方法得到了大大的改进,不仅拓展了应用的模型范围,还对内存消耗进行了优化,可以计算数百原子的体系;机器学习力场在训练、验证、主动学习等环节和模拟流程上有明显改进,并支持直接使用 M3GNET 和 MACE-MP 势。新增多种动力学方法,包括在给定温度和压力下对体系进行自由能优化,研究固液、固固相平衡,合金中组分与化学势的关系,分析Gruneneisen系数与相关的热性质,以及表面反应的气体分解模块等。半导体点缺陷分析现在支持界面体系,以及单个缺陷的PDOS分析。图形界面也有众多的打磨和改进。


1

GW多体方法

GW 可以考虑准粒子激发计算得到最高精度的能带,常用于作为其他方法的参考和校准。QuantumATK 中的 G0W0 方法,可以在相对较小的计算成本下计算较大体系,此版本显著更新了 GW 方法。

  • GW 方法应用体系从半导体、绝缘体块材,扩展到分子、二维体系、三维金属以及与金属的界面等

  • GW 现在可以进行自旋极化、非共线自旋和非共线自旋轨道耦合计算

  • 计算性能显著改进,内存需求减少至之前的十分之一,因此可以计算数百原子;并行策略大大改善


十八种半导体和绝缘体的能带计算,GW 带隙具有显著的最高精度。


G0W0 方法计算 Si/SiO2/Si 界面(156 原子)的能带排列。使用 14MPI(每 MPI 20 线程)计算时,156 原子耗时 27 小时,78 原子耗时 4.5 小时。


2

DFT和半经验量子力学方法

  • 新增 LocalTB09 MetaGGA 泛函

    • 自动计算与材料等相关的 c 参数

    • 与 HSE06 带隙精度大体一致,但是计算成本更低

    • 可用于块体、界面的能带、态密度等或NEGF电子输运计算

  • 新的自动加 U 方法

    • 新增一种自动确定加 U 的方法

  • 其他更新

    • OMX 赝势和基组更新

    • DFT-D3 校正计算速度更快更准

  • 新增 SiGe 带有应变校正的紧束缚模型

3

机器学习力场

  • MTP 力场训练

    • MTP 力场训练提速十倍以上,内存需求大大减小

    • 粒子群优化算法优化参数,提速两倍以上

    • 计算安排可以更加灵活,利于负载均衡

  • 主动学习模拟

    • 支持在自适应动力学蒙特卡洛(AKMC)和时间标记受力偏置蒙特卡洛(TFMC)方法中使用主动学习,这两种方法可以提供更分散的结构空间扩展和外推,比如在掺杂扩散或者无定型结构模

  • 拟中

    • 主动学习过程中增加可以考虑D3色散校正的可能性

  • MTP 质量验证

    • 新增 MTP 分子动力学模拟的误差预测工具

    • 能量和力的误差预测可以图示并用色彩标记

  • 通用的神经网络势

    • 预先训练的 M3GNET 和 MACE-MP 势应用范围从块体扩展到器件、表面slab、分子等体系

    • 图形界面上直接选中使用,并可以与 D3 等校正势一起使用。

4

动力学方法

  • 准简谐自由能优化

    • 可以用于计算固体在指定的温度和压力情况下的自由能,并将自由能最小化

    • 可以用于研究不同相的相变点

  • 新的热力学积分方法

    • 从分子动力学轨迹计算固体和液体的绝对自由能(以某种参考体系为基准)

    • 可以用于研究固液相变的热力学

  • 半巨正则系综蒙特卡洛方法

    • 可以用与研究相溶或不相溶的合金的热力学

    • 用于计算合金中两种元素的平均组分,得到组分和化学势的关系

  • 新增 HookFunctions 流程块

    • 用于自定义动力学计算流程

    • 已经包含多种预定义的函数

  • NEB更新

    • NEB建模工具更新,对于分子反应可以创建更为合理的初始路径

    • Workflow Builder 中的 NEB 具有更灵活的设置

    • 新增 dimer 方法用于搜索鞍点

  • 其他更新

    • 新增 Gruneneisen 系数计算模块

    • 计算分子振动模式时,使用内坐标,更准确得到振动频率


FCC 和 HCP 的钴的自由能优化结果,预测 650K 时有相变。


5

缺陷模拟工具

  • 界面缺陷分析

    • 新增界面缺陷分析工具,用于直接分析界面处的缺陷形成能和电子捕获能级

    • 新增的界面形成能计算模版包含了界面缺陷的有限大小校正

  • 无限大晶体中单个缺陷实空间自能 PDOS 分析

    • 在缺陷周围使用非周期的开放边界条件

    • 这种方法比普通的周期性 PDOS 计算要更快(晶胞更小),可以避免由于周期性的镜像相互作用带来的不真实的峰

  • Shockley-Read-Hall(SRH)再复合速率分析工具更新




6

表面过程模拟

  • 全新的气相分解分析模块

    • 包含反应动力学,化学反应和压力的时间序列

    • 可以用于反应物和产物浓度对温度的作图

  • 其他更新

    • 表面吸附工具可以设定分子间隔



7

图形界面更新

  • 新增 project 管理页面

  • 建模工具更新

    • Packmol 建模工具可以设置随机个数的随机种子

  • 数据库

    • 在 Nanolab 的 Delta 测试数据库中新增基态元素单质晶体,便于进行DFT delta测试,计算元素晶体的参考能量和化学势

  • Workflow Builder

    • 新增 HookFunctions,用于动力学流程自定义

    • 新增 Amorphous Builder用于自动化流程

    • 改进了 Configuration(s),流程中直接导入内置数据库中的结构

    • 新增 Plot Table,可以由 Tables 中的数据创建数据图

  • 新增作业阵列(Array Jobs)

    • 可以便捷的设置、提交、并行类似的系列计算作业并收集数据。

  • Data View

    • Tables现在可以开包查看或用 Table Viewer 查看。

    • 透射谱分析工具更新,现在可以直接分析热电相关参数。

    • Movie Tools:现在可以将 plot 和动画一起导出 gif。



 升级指引 

在维护期用户可以在 solvnetplus.synopsys.com 上下载安装,SCL license 系统和 license 文件应该不需要更新。

  • 为减少问题并优化性能,QuantumATK从这个版本开始需要Glibc 2.28以上的版本,推荐使用RedHat9.1+、AlmaLinux 9.1+、Rocky Linux 9.1+;

    • Ubuntu 20.04、22.04、24.04等版本可正常运行;

    • RedHat 8.x 和 CentOS 8.x 以上应可以正常运行新版(推荐8.4以上,未经测试,欢迎反馈)

  • 关于RedHat 和 CentOS:

    • 由于RedHat公司已经终止对 CentOS 的维护,因此未来QuantumATK不会再针对 CentOS 系统提供维护,建议所有使用 Linux 服务器的用户择机将系统切换为 RedHat、AlmaLinux、Rocky Linux 或 Ubuntu 系列最新的 Linux 系统。

    • RedHat 7.x 或基于 RedHat 7.x 的 Linux 发行版(如CentOS 7.x)无法运行今后版本的软件;

      • V-2023.12-SP1是支持这些Linux发行版的最后版本。


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