隨著量子理論和第一性原理計算方法的發展與各種計算程序的不斷更新換代,理論計算在對實驗現象的合理解釋以及提高論文發表水準方面起到越來越重要的作用。對於想要專門做理論計算的高年級本科生和剛剛步入研究生階段的同學來說,學校沒有專門針對性的課程,網絡信息又浩如煙海魚龍混雜,如果沒有人帶領進行系統性學習,就很容易誤入歧途,浪費寶貴的研究生時間。而對於專攻實驗的同學來說,尋找優秀的理論計算合作者往往比較困難,如果溝通不好還會浪費雙方的時間與精力。而自己進行計算雖然沒有這種顧慮,又往往對複雜的理論心生畏懼,無從下手。
計算在化學和物理科學中的地位越來越重要,最近 20 年有關密度泛函理論 ( DFT ) 計算的文章飛速增長,能夠自己掌握理論計算也成為發表 top 期刊的一大秘訣。初級班就是在理論計算席捲學術圈的大背景推出,給想要入門理論計算的同學和老師提供了一條捷徑。經過 4 天的高強度密集學習,加之後期的複習和實踐,學員可以快速的上手使用理論計算解決科學問題,也避免了走彎路。
課程特色
內容全面:4 天課程包含 22 章約 1000 頁 ppt 的內容,涵蓋了從基礎理論到實戰的所有常見的基本計算原理和操作方法。這個培訓的出發點就是讓剛剛接觸材料和表面科學計算的同學能夠系統性的學習一遍固體與表面的計算知識和程序操作,讓學員能夠以最快最專業的方式入門計算領域。這些內容在任何學校開設的研究生課程中都是學不到的。課上還會不斷的穿插頂刊文獻,諸如 Science,JACS,等,讓學員知道如何把學到的知識用到頂刊的研究中。
簡化操作:每類計算都會給出多個實例和詳細的輸入文件,針對不同的情況選擇不同的輸入文件,搭建合理的結構模型,就可以把課上內容應用到自己的科研當中。課上提供超算帳號,在完全的實戰環境下學習。淘汰老的計算腳本和方法,把當前最好用最容易上手的腳本和方法分享,對新手極度友好,不走任何彎路。
課程系列:研之成理「固體與表面理論計算培訓班」分為初級班和中級班。中級班又分為表面科學計算方向和材料科學計算方向。初級班針對 0 基礎(此 0 基礎是指有本科物理或者化學專業基礎課的知識背景)的學員,涵蓋了第一性原理計算基礎知識和常見的計算方法,是學習第一性原理計算入門最快最有效的方法。中級班則採用分專題的方式講授,課程的深度廣度都比初級班增加不少,強烈建議在參加中級班之前先學習初級班內容。第一屆中級班(表面方向)預計在 2019 年下半年舉辦,內容主要包含四個部分:(1) 第一性原理計算基礎,(2) 表面電子結構分析方法,(3) 第一性原理分子動力學模擬,(4) 表面熱力學、動力學和電化學計算。三個課程的涵蓋內容可以用如下的圖表示:
初級課程安排與詳細內容
一、課程安排:
二、詳細內容介紹:
本培訓是以 VASP 程序作為教學主線的。
課前知識:Linux 基礎(在上課之前有大概了解,不在課上浪費時間)
https://www.bilibili.com/video/av34202324
https://www.bilibili.com/video/av34600563
初級班課程內容約 1000 頁 ppt,詳細包含了課上細節內容,以紙質版講義的形式發給學員,亦可課後作為資料書使用,不提供電子版,不得以任何形式複製、傳播、出售。初級班所有授課內容包括但不限於:
一、基礎知識
計算化學,第一性原理計算概述,計算工作者的常識。
量子化學理論,Hartree-Fork 方法,密度泛函理論,固體物理必要基礎知識,固體能帶理論。
常用第一性原理程序簡介和 VASP 原理簡單介紹。
第一性原理計算學習方法,資料,和自學途徑。
Linux 系統使用,超算伺服器的使用。
VASP(VTST) 編譯安裝,在自己的伺服器上安裝(ROOT 帳戶從下載 intel 編譯器開始),在超算上安裝(利用超算已有的系統環境),如何編譯出效率高的 VASP。其他輔助功能的編譯(VTST,選擇性優化晶格矢量,vaspsol,periodic NBO,SSAdNDP等)
二、單點能計算
晶體資料庫的使用和技巧,cif 文件格式,ICSD,CCDC,Materials studio,Materials Project,AMCSD 等。
勢能面,單點能、結構優化、分子動力學模擬,最小點、極小點、過渡態,電子步、離子步,相對能量、絕對能量等概念。
VASP輸入文件:INCAR,KPOINT,POTCAR,POSCAR,這四個文件的詳細解讀,和操作方法,包括:
INCAR 關鍵詞全解析與建議使用表,
KPOINTS 文件的生成方法,選取K點的原則,自動生成k點方法,
POTCAR 的生成方法,不同贗勢文件的選取,贗勢方法的基本原理。
POSCAR 結構文件的生成方法,分數坐標,笛卡爾坐標。
VASP 輸出文件:輸出文件的分析,OUTCAR,OSIZCAR,stdout,CHGCAR 文件詳解,其他輸出文件的詳細解讀。
三、晶胞優化
四、VASP的測試方法
五、態密度(DOS)的能帶計算
DOS 計算:從分子軌道相互作用角度出發分析 DOS 和能帶。態密度,投影態密度的計算與數據處理。利用 DOS 和能帶分析材料和表面的電子結構。D-band center計算。Vaspkit 處理 DOS 方法,P4vasp 使用方法。
實例一:Theta-Al2O3 的態密度,
實例二:Ir,Pt,Au 的 d 帶中心計算,
實例三:頂刊重複 N2/Fe3 Al2O3 DOS 計算。
能帶計算:生成布裡淵區中K點路徑的方法,選取路徑的技巧,vaspkit 自動生成k點路徑,see kpath 的使用。能帶結構的後處理,p4vasp-origin 處理能帶圖,pymatgen 生成能帶圖,vaspkit 生成能帶圖。
實例一:金屬 Au 能帶結構,
實例二:theta-Al2O3 的能帶結構,
實例三:二維材料 不同層數 MoS2 的能帶結構,
雜化泛函 HSE 對能帶結構的影響,
實例四:對比 HSE 和 PBE 的能帶結構。
六、解決 VASP 計算不收斂和報錯的方法。
SCF 的不收斂的解決辦法。
幾何優化不收斂的解決辦法。
常見的 VASP 的報錯和解決方法。
七、建模部分
模塊介紹,界面和功能,建模模塊的功能和使用,切面加真空層,建立帶根號的表面模型 (旋轉晶格矢量)。
實例一,構建 Na(111)/graphene 異質結,
實例二,文獻重複:構建 g-C3N4/TiO2 的界面材料,
實例三,gamma-Al2O3(010) 模型的構建,
實例四,alpha-Al2O3(0001) 面的構建和懸掛基團的選擇,
實例五,半導體表面用贗氫飽和的建模方法,
實例六,做滿足文章 TOC 要求的圖。
八、表面物理化學
九、過渡態和催化基礎理論
表面吸附理論,吸附能計算,吸附物種間的相互作用,吸附熱力學和吸附動力學。
過渡態計算(CI-NEB,DIMER)的理論,快速找到過渡態的經驗技巧,VTST 腳本庫的使用。
經典算例(金屬表面分子擴散能壘),NEB 方法(撒點,彈簧力),CI-NEB 方法 ,VASP-VTST 提供的 NEB 優化算法,插點,後續處理。連用 CI-NEB 和 DIMER 快速尋著過渡態。
畫催化反應過程圖。
振動頻率計算。
十、表面熱力學和動力學
計算配分函數校正自由能的基本原理,
熵的校正,焓的校正,零點能校正,利用實驗值校正,
針對孤立分子和表面吸附分子做自由能校正的方法,
反應動力學簡介,反應速率常數計算。
十一、特殊體系參數
強關聯體系的設置方法(DFT + U)
磁性體系的計算
範德華校正的基本原理和設置
鐵磁性,反鐵磁的自選排列,電子佔據。
雜化泛函的設置方法
十二、電子結構分析簡介
註:每次課都會穿插幾篇當年最新文獻計算重複計算,讓上過初級班的學員都能自己重複出頂級期刊文獻中部分計算內容。
講師介紹
劉錦程,清華大學博士,長期從事表面催化和材料計算研究,對量化計算,第一性原理計算,分子動力學模擬有五年研究經驗,精通 VASP,CP2K,Gaussian,ORCA熟練使用 JDFTx,Gromacs,ADF 等計算程序。近三年在表面催化,電催化,電池材料,過渡金屬配合物等領域發表多篇文章。在JACS,Nat. Commun. ,ACS Catal.,Nano Energy, Natl. Sci. Rev. 等期刊上以第一作者發表純理論計算文章,並與實驗科學家合作在 Nat. Nanotech., Nat. Commun., PNAS,Adv. Mater., JACS 等期刊上發表多篇合作文章。
Google Scholar:
https://scholar.google.com/citations?user=hAkSR2wAAAAJ&hl=en
培訓時間地點
時間:2019年8月05日 - 8月08日,9:00 - 12:00;13:30 - 5:30
地點:杭州市西湖區古墩路598號同人廣場C座,唐人·儒億酒店
住宿:酒店代訂請聯繫陳老師,18969084992(微信同號)。住宿參考價格如下:
豪華大床房(含早):300 元/天;豪華標準間(含早):300 元/天
報名相關
報名費:2500 元/人 (含價值 200 元並行科技 2000 核時的試算機時);費用包含全四天的聽課費、講義費。食宿以及交通費用自理。繳費完成後,請將繳費成功界面截圖發到郵箱rationalscience@163.com。
付費方式:
1)銀行卡對公支付
收款單位帳號信息:
帳 號:1202024609800002594
戶 名:研之成理(杭州)網絡科技有限責任公司
開戶行:中國工商銀行杭州浙大支行
2)支付寶轉帳:掃描下方二維碼
(先下載該圖片到手機本地相冊,然後通過支付寶掃一掃付款,如果無法通過支付寶匯款,請通過銀行轉行方式)
3)現場繳費
現場支持公務卡刷卡,選擇現場繳費的學員需要交納 500 元押金才能預留座位。
注意:付費時備註請務必填寫「理論培訓費 + 付費人姓名 + 單位」,方便工作人員確認,
報名方通道:(識別下方二維碼,填寫報名表,工作人員會在 24 h 內聯繫你)
報名諮詢:陳老師 18969084992(微信同號)
歡迎參加培訓的老師和同學參與研之成理與浙江大學催化研究所共同舉辦的首屆固體與表面理論計算青年學者論壇(地點在培訓會場附近,時間:08月09號-08月10號),論壇具體詳情請見會議官網:http://yanzhichengli.cn/wp/。
主辦單位
研之成理自然科學研究中心、並行科技等
培訓須知
1. 每個人在報到時都會提供蓋有公章的紙質會議通知。若當前會議通知不方便報銷,我們也可以按照報名者的要求進行調整,請通過微信聯繫我們。
2. 如果報名後,我們嘗試通過報名表中的各種聯繫方式聯繫報名者但經過數日都沒有收到任何回復,本次報名將作廢,且報名未來的培訓時將不再受理。我們希望發來報名表的都是真心要參加培訓學習知識的人,請儘量避免浪費有限的培訓名額。
4. 培訓內容包含大量練習和演示,故強烈建議參加者攜帶筆記本電腦(Windows 系統 64位,對配置無要求),並注意充電。
5. 課前知識:Linux 基礎(在上課之前有大概了解,不要求掌握 Linux 系統操作,知道一些基本命令的作用,比如 ls,cd,grep,cat,vi 是什麼意思)。
Linux 系統入門視頻教程:
https://www.bilibili.com/video/av34202324
https://www.bilibili.com/video/av34600563
初級班課程內容包含 1000 多頁原創 ppt,中級班內容會更多,詳細包含了課上細節內容,以紙質版講義的形式發給學員,亦可課後作為資料書使用,不提供電子版,不得以任何形式傳播給他人。
6. 本次培訓全程嚴禁拍攝。對於多次勸阻無效者,主辦方有權請其離開會場。培訓所發講義和錄音不得私下複製、傳播、售賣以及發布到網絡。如有發現並核實,主辦方將追究其法律責任。最近有發現其他組織的培訓課程盜用此培訓大綱,請大家辨別培訓的質量,以免參加一些質量不佳的培訓,白白浪費時間和經費。