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MedeA

MedeA – 工程師和科學家的高效率材料設計環境

(Material Explorer and Design Analysis for Designer and Expert)

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不同於其他軟體,而是以整合多種計算工具所開發而成的使用環境。Materials Design Inc. 開發MedeA[專門材料設計平台]提供基於最具權威第一原理(VASP)、半經驗方法(MOPAC)蒙特卡羅計算(GIBBS)以及分子動力學類比(LAMMPS),可以對金屬、半導體等材料進行結構預測、電子性質、光學性質、磁學性質、熱力學性質、彈性、振動性質、分子動力學性質等方面的計算。利用MedeA 平台可廣泛用於各種產業(LED, 鋰電池, 半導體材料等)

MedeA的便利性,提供:

  • 為實際中耗時較長、不可行的或者非常昂貴的實驗提供了可靠的材料性質預測
  • 為有爭議的實驗或資料提供了可靠的科學的解釋
  • 為材料在原子和納米尺度的行為提供了更好的機制理解
  • 用戶不需要自己編譯程式碼,MedeA根據不同平台提供最佳化效能的執行程式(EXE),包含平行化的最佳配置參數。
  • 提供便利的使用環境和針對叢集運算架構提供便利的排程方案。
  • 提供數據庫和資料庫的管理,可以隨時以電腦/手機上網調閱結果和遠端監督目進度。
  • 廣闊的應用文獻來源和深厚的實例驗證

 

9 , material property

MedeA軟體模組介紹:

 一、基礎模組

1. MedeA Environment基本環境MedeA EnvironmentMedeA基礎環境模組,它提供建模、結果分析等用戶工具介面。作為MedeA的基本模組,MedeA Environment 整合各種計算引擎和物性預測模組進行統一管理工作。用戶可以基於研究目的隨意整合各個模組,提高工作效率。

2. InfoMaticA資料庫管理InfoMaticA是資料庫管理工具。提供晶體結構資料庫(ICSDPFBNCDPCD的搜索引擎功能,並能得到詳細的有關結構資訊

 

16 , medea structure

MedeA 平臺的架構

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Client-Server的架構


 

二、建模

1. 建模工具

MedeA使用戶在圖形介面下方便地進行晶體結構的建立、編輯等工作。根據需要可以建立缺陷、原子置換、原子插入等編輯操作,並可方便地建立、修改超晶胞、表面和介面等。包括:結構編輯、空隙結構檢查工具、置換結構搜索工具、分子創建模組、超晶胞建構工具、表面Slab模型等。

2. Interface Builder

介面建構工具:結合兩個表面,自動根據對稱性生成介面的工具。                         

3. Surface Builder

4. Polymer Builder

5.Amorphous Materials Builder

三、計算程式

1. MedeA-VASP (第一原理電子結構計算程式)

VASP是基於密度泛函的增廣平面波贗勢電子結構計算程式。除超軟贗勢外,還包含BlochProjector Augmented Wave(PAW)贗勢。結合高效的對角化技術,實現高速高精度計算。它適用於穩定結構的確定、擴散路徑搜索、反應分析等問題的解決。VASP還是MTPhonon等工具的計算引擎。

2. MedeA-ElectrA (第一原理電子結構計算程式)

使用基於原子球近似的增廣平面波方法。可以非常快速的計算能帶、電子波函數,並能計算各種物性。

3. MOPAC(半經驗方法計算程式)

使用最廣泛的、經典的半經驗方法計算程式MOPAC1981年由J. J. P. Stewart開發,最早基於DewarThielNDDO方法。在佈了MOPAC 7.0之後,MOPACFujitsu公司的商業軟Fujitsu MOPAC。但是15年後,作者在MOPAC 7.0的基上重新始了非商版本MOPAC開發,用FORTRAN 90/95行了改,並加入了很多新的功能。MOPAC 2007是目前唯一由J. J. P. Stewart維護MOPAC版本。MOPAC 2007(即MOPAC 7.2)功能相於商程式Fujitsu MOPAC 2002,增加了PM6,但缺少MINDO/3PM5,解析導數Tomasi模型和系穿越

4. MedeA-GIBBS (蒙地卡羅計算程式)

基於蒙地卡羅方法計算氣體、液體的熱力學性質的程式。適用於小分子液/液、氣/液兩相平衡和納米孔的吸附性能等研究。GIBBS 使用經典力學方法,原子間的相互作用由力場描述。MedeA-GIBBS使用與 MedeA-LAMMPS 統一的流程圖模式介面,可以方便使用GIBBS 的各種功能。

5. LAMMPS (經典分子動力學類比程式)

Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,可翻譯為大規模原子分子並行模擬器,用於分子動力學相關的計算和模擬工作,因此分子動力學所涉及到的領域,LAMMPS代碼也都涉及到了。

LAMMPS由美國Sandia國家實驗室開發,以GPL licence發佈,即開放源代碼且可以免費獲取使用,使用者可以根據自己的需要自行修改源代碼。LAMMPS可以支援包括氣態、液態或者固態相形態下、各種系統下、百萬級的原子分子體系,並提供支援多種勢函數且LAMMPS有良好的並行擴展性。

MedeA提供LAMMPS的兩個專業工具箱(1) Viscosity (2) thermal Conductity

四、物性預測

1. MedeA-Phonon (晶格振動、熱力學物性預測)

研究晶格振動性質的工具。可以研究包含振動熵的自由能等熱力學物性預測。結合MT組合可以進行向穩定性研究、壓力下各種性質的計算、表面性質等各種性能的計算。

2. MedeA-MT(彈性性能、熱力學性能計算工具)

分析物質的彈性性能和熱力學性能的工具。德拜近似的基礎上,計算彈性常數。自由能、比熱容等熱力學性能。

3. Transition State Search(過渡態搜索工具)

4. Fermi(電子狀態分析工具)

分析第一原理電子結構計算軟體的計算結果的工具。可以圖形顯示費米面並計算有效品質。

5. PrediBond(預測結合能)

系統的計算原子間的結合強度的工具。可以根據結合能的分析預測物理性質。

6. Combi(組合工具)

在電腦上實現根據組合近似分析資料的工具。綜合不通合金成分下不通的物理性質的不同,通過比較可從廣泛的物質類型中進行搜索。

7. LAMMPS-EAM

8. LAMMPS-Diffusion

9. LAMMPS-Thermal Conductivity

10.LAMMPS-Viscosity

五、支援工具

1. Automated Convergence(自動測試收斂工具)

VASP需要對其幾種參數進行收斂測試。Automated Convergence對參數自動進行能量收斂測試,並能確定最佳參數值。

2Forcefield(力場選擇設置)

六、管理系統

Job Server/Taks Server(作業管理工具)

MedeA包含整合網路技術的作業管理系統。與獨立的作業排隊系統結合,能在遠端電腦上自動處理作業調度、計算結果管理。提供高效的計算環境的強有力的工具。

 七方案配置規劃(部分方案)

1.     Ab initio Basic Package
= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP

2.     Interface Package
= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+MT+Interface Builder

3.     Thermochermistry Package
= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+Phonon

4.     Thermomechanica Package
= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+MT+ Phonon

5.     GIBBS Basic Package
=MedeA+InfoMaticA+JS/TS+GIBBS

6.     LAMMPS Basic Package
=MedeA+InfoMaticA+JS/TS+LAMMPS

 八硬體和作業系統環境

  1. graphical user interface resides on Linux/Windows desktops or laptop computers.
  2. 32-bit and 64-bit versions of Windows XP/Vista/7
  3. 32-bit and 64-bit versions of Linux (RHEL, CentOS, Fedora, Ubuntu, and Debian)
  4. structure databases are installed on a central SQL server.
  5. SQL Server (Windows) or mySQL (Windows and Linux
  6. numerically intensive programs run on compute clusters running LINUX or UNIX, but run also locally and remotely under Windows and Linux.
  7. We recommend at least 2 GB per CPU and (for multicore CPUs) a 64-bit operation system to access more than 4 GB of memory.

10 , medea_gui01

MedeA GUI 畫面

6 , infomaticA01

InfoMaticA 介面

7 , VASP_GUI

VASP GUI

2 , interface_builder01.jpg

Interface Builder 設定

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“Empty Space Finder”自動搜尋 1 , TSS_02.jpg

Transition State Search介面

1 , Fermi_02.jpg

費米面結果

2 , phonon01.jpg

MedeA-Phonon 介面

1 , MT_01.jpg

MedeA-MT 自動計算"彈性模數"輸出

21 , medea_gibbs

GIBBS 圖表

線上網路資料庫

Medeas Polymer Builder Tutorial 01 How to build an Amorphous Organic Material





其他更多的影片資料

若需要進一步資料 廖偉志 02-29567575 ext 200






關鍵字:MedeA, VASP, LAMMPS, MD,GIBBS, MOPAC, material design