CALYPSO-Manual-Chinese

CALYPSO4.0版本一、程序简介.....................................................................................................1二、CALYPSO软件特点...................................................................................1三、CALYPSO软件主要技术...........................................................................2四、CALYPSO软件功能：...............................................................................2五、扩展阅读.....................................................................................................3六、错误汇报.....................................................................................................3七、CALYPSO软件的安装...............................................................................4第二章CALYPSO软件输入参数...............................................................................5第三章CALYPSO软件输出文件及结果分析........................................................16八、CALYPSO软件的输出文件....................................................................16九、CALYPSO软件的结果分析....................................................................17第四章CALYPSO软件高级专题............................................................................19十、结构弛豫跨节点并行模式.......................................................................19十一、远程提交结构弛豫模式.......................................................................19十二、产生结构同结构弛豫分离模式...........................................................211第一章CALYPSO软件的简介和安装一、程序简介CALYPSO(CrystalstructureAnaLYsisbyParticleSwarmOptimization)是基于粒子群优化算法的晶体结构预测程序，只根据材料的化学配比和给定的外界条件（如压力和温度），就可以寻找体系的基态及亚稳态结构，进而可以开展材料的结构确定，并进行有效的功能材料（如超导，超硬及热电材料等）设计研究。我们课题组发展了基于粒子群优化算法的晶体结构预测新方法，首次将粒子群优化算法应用到晶体结构预测领域，在此基础上开发了拥有自主知识产权的大型晶体结构预测CALYPSO软件。CALYPSO软件包受中国版权局的保护，注册号是：2010SR028200，分类号：61000-75。利用CALYPSO程序，在只给定化学组分和外界压力的条件下对单质、化合物和分子晶体等多种类型的晶体材料进行了结构预测测试，在很大压力范围内得到的结果与实验吻合，证明了该方法的可靠性。CALYPSO软件克服了前人遗传算法无法考虑晶体结构对称性的缺点，大大提高了结构搜寻的收敛速度。CALYPSO软件的最终将适用于各种材料体系的研究，广泛应用于结构现象丰富的研究领域中，如高压结构相变、功能材料的设计（如超导、超硬、热电、能源材料等）以及大分子和大尺度材料体系的结构确定。目前，CALYPSO结构预测方法和程序已被40个国家和地区的700余位科研工作者签订版权协议来使用。在Nat.Chem.,Nat.Commun.,Phys.Rev.Lett.,PNAS和JACS等国际杂志发表论文110多篇。二、CALYPSO软件特点2.1在仅给定化学配比或者外界条件（如压力）的条件下，可以预测零维纳米粒子或者团簇，二维层状结构和表面重构以及三维晶体结构的最稳定的或者亚稳的结构。2.2通过功能导向进行新型功能材料的设计，例如超硬材料和具有理想带隙2的光学材料。2.3结构演化：全局粒子群优化算法、局域粒子群优化算法和对称性人工蜂群算法等。2.4变化学组分的结构预测。2.5软件兼容性强。支持同目前主流的结构弛豫和总能计算软件（包括VASP，CASTEP，QuantumEspresso，GULP，SIESA，LAMMPS，Gaussian以及CP2K等）的接口，更可以根据用户需求实现与其他代码的接口。三、CALYPSO软件主要技术CALYPSO方法的成功的主要源于其引入的几个强大的结构处理技术：3.1通过粒子群算法进行结构演化。粒子群优化因具有运用种群智能和自学习能力来跨越整个能量区间上的大的势垒的能力而著名。全局粒子群优化算法的优势在于收敛快，而局域粒子群优化算法擅长避免复杂体系结构的早熟，这两种算法都已经在代码里实现。3.2对随机结构的产生进行对称性限制，不但降低了搜索空间而且增强了结构的多样性。3.3结构特征技术可以采集结构的指纹，消除相似结构同时可以为局域粒子群优化结构搜索分割势能面。3.4通过调节每一代引入随机结构的百分比保证结构的多样性。3.5对每一个产生的结构进行结构优化，虽耗时，但却有效降低了势能面的噪音，利于产生物理上更加合理的结构，总体上大大提高了全局的收敛速度。从其极精确的密度泛函方法到可以快速处理大体系的半经验方法，卡利普索与大量的局域结构优化代码创建接口，用户可根据体系需要合理选择。四、CALYPSO软件功能：4.1晶体结构预测34.2分子晶体结构预测4.3团簇或者纳米粒子结构预测4.4二维层状结构预测4.5表面重构结构预测4.6超硬材料结构设计4.7光学材料结构设计五、扩展阅读如果想了解更多的关于卡利普索的方法和程序，请参考以下文献：1．CALYPSO:AMethodforCrystalStructurePrediction,Comput.Phys.Commun.183,2063(2012).2．Crystalstructurepredictionviaparticle-swarmoptimization,Phys.Rev.B82,094116(2010).3．Particle-SwarmStructurePredictiononClusters,J.Chem.Phys.137,084104(2012).4．PredictingTwo-DimensionalBoron-CarbonCompoundsbytheglobaloptimizationmethod,J.Am.Chem.Soc.133,16285(2011).5．AneffectiveStructurePredictionMethodforLayeredMaterialsBasedon2DParticleSwarmOptimizationAlgorithm,J.Chem.Phys.137,224108(2012).6．First-PrinciplesStructuralDesignofSuperhardMaterials,J.Chem.Phys.138,114101(2013).7．Self-assembledultrathinnanotubesondiamond(100)surface,Nat.Commun.5,3666(2014).六、错误汇报虽然CALYPSO开发团队和其他用户已经对CALYPSO软件包进行了大量的测试，但由于新功能的不断添加和算法的不断完善，因此我们不能保证没有任何错4误。当您在使用过程中发现任何问题，请随时和我们联系，我们将非常高兴地接受用户提出的宝贵建议和批评。如果发现程序中的错误，用户可以通过电子邮件发送输入和输出文件的副本到CALYPSO开发团队（[e-mail]），谢谢大家的理解与支持。七、CALYPSO软件的安装CALYPSO软件需要在Linux或者Mac系统下安装，大家根据自己的系统下载适应自己操作系统的calypso软件包。1)解压CALYPSO软件包。$tar–zvxfCalypso_*.tar.gz$cdCALYPSO_*在CALYPSO_*目录里会有一个bin目录，里面就是calypso的可执行文件。（注：为了方便大家使用calypso，避免编译过程产生的问题，从4.0版本以后我们将直接发布calypso的可执行文件）。2)运行CALYPSO软件。一个快速测试CALYPSO的方法：运行如下命令:$cdCALYPSO_*/Tests$cp../bin/calypso.x.$./calypso.xcaly.log&（注：在Examples目录下提供了一些运行CALYPSO的例子。）3)下面以立方BN为例，详细地介绍一下如何进行晶体结构预测。在此例子中，几何优化采用的是VASP程序包，因此需要事先安装vasp软件。$mkdirBN#到工作目录建立一个新的文件夹$cdBN$cppath-to-package/Examples/BN/*./$cppath-to-package/bin/calypso.x./当前目录下应该包含以下文件：
input.dat：CALYPSO的输入文件
calypso.x：CALYPSO的执行文件
INCAR_*和POTCAR：VASP的输入文件$./calypso.xcaly.log&4)CALYPSO如果运行成功的话，会产生VASP输出文件和一个名为“results”5的目录。6第二章CALYPSO软件输入参数由于CALYPSO软件的结构演化需要利用其它软件对其产生的结构进行弛豫，因为在运行CALYPSO软件的时候需要调用其它结构弛豫软件。针对不同的结构弛豫软件需要用户自己设置相应地输入文件。例如，如使用VASP进行局部弛豫，需要VASP的输入文件(INCAR_*)和赝势文件(POTCAR)；如使用SIESTA进行局域弛豫，需要SIESTA的输入文件(sinput_*)和赝势文件(*.psf)等。具体的输入文件命名规则请参考我们发布软件包种Examples里面的实例。input.dat是CALYPSO软件的核心输入文件，包含结构预测需要的所有参数。各参数的顺序是任意的。对于有默认值的参数，如果省略，程序会按照默认值进行处理。输入参数的一般语法是：“taglabels”=“value1value2value3…”对于以矩阵形式输入的参数的语法是：@tagxxxx…xxxx……@End输入的参数是区分大小写的并且通过空格分开。因此一定要注意输入参数的tag