Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 为DFTB+创建参数-BIOVIA Materials Studio-材料仿真分析-软服之家

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背景：DFTB+需要原子间相互作用的原子参数。Materials Studio中提供了许多参数集。如果要将 DFTB+ 与包含任何可用参数集中不支持的原子交互的结构一起使用，Materials Studio 提供了一个用于创建您自己的参数的工具。

DFTB+ 参数化工具创建的参数将包含在 Slater-Koster 库文件（.skflib）中，并将包含以下内容：

README.txt 包含有关参数的信息的文件
相关元素对的 Slater-Koster files（.skf），包含：
        电子参数
        短程潜力
        Hubbard术语
元素的自旋常数
每个元素的波浪图数据
包含额外设置的 skf.aux 文件
简介：在本教程中，您将使用DFTB+参数化工具来创建碳和氢参数集。

目的：介绍使用 DFTB+ 参数化工具创建 DFTB+ 参数库。

本教程重要节点：

安装参数化工具-查找元素的电子设置-准备短程拟合-设置DFTB+参数化:①定义构象系统②定义电子设置③定义拟合的设置-控制作业设置并运行作业-评估结果

1. 安装参数化工具

在开始参数化过程之前，需要安装一些脚本工具，以便在创建参数时使用。

从菜单栏中选择File丨Import。导航至Examples\Scripting\DFTB+ Parameterization Tools并选择AutoParaElec.pl、DFTBEvalTool.pl、EvalElec.pl和MergeSkflib.pl文件。单击Open按钮。

从菜单栏中选择Tools | Scripting | Library…。在Library选项卡中选择My Favorites，在File部分中单击Add…按钮。在Add From Project对话框中选择AutoParaElec.pl文件，单击OK按钮。重复上述操作，并添加DFTBEvalTool.pl、MergeSkflib.pl和EvalElec.pl脚本文件。

选择User Menu选项卡，单击Import…按钮。选择DFTB+ Electronic Evaluation.xml，单击Open按钮。

对DFTB+ Final Evaluation.xml、DFTB+ Generate Electronic Parameters.xml和DFTB+ Merge Parameters.xml文件重复此操作。

展开User Menu选项卡上的User | Parameters节点，并确保已将所有四个命令添加到此文件夹。关闭对话框。

注意：不能在需要使用安全身份验证级别网关的服务器上运行参数化工具。有关更多信息，请参阅网关安全概述。

2. 查找元素的电子设置

在创建DFTB+参数之前，需要确定每种元素使用的电子设置。这可以使用DFTB+生成电子参数DFTB+ Generate Electronic Parameters和DFTB+电子评估DFTB+ Electronic Evaluation脚本来完成。第一个脚本生成一组具有不同电子设置的Slater Koster库。第二个脚本可以评估库为不同结构重现电子结构的效果。在这里，将仅评估碳的设置，氢的设置可以以相同的方式进行，但考虑计算时间，将给出氢的合理值。

作为输入，需要一个碳元素的虚拟Slater-Koster库。

在Project Explorer中，创建名为Electronic的文件夹。在这个文件夹中创建一个新的3D Atomistic Document，并将其命名为C-C.xsd。使用绘制工具创建双原子碳分子。

单击Modules工具栏上的DFTB+按钮，然后选择Calculation或从菜单栏中选择Modules | DFTB+ | Calculation。

将打开DFTB+ Calculation对话框。

将Task设置为参数化Parameterization。将Quality从Medium更改为Fine。

单击More…按钮，打开DFTB+ Parameterization对话框。

DFTB+ Parameterization对话框有助于设置参数化。

选择Systems选项卡以设置短程电位拟合所需的 C-C 构象路径。

在C-C.xsd文件中选择一个原子及与之连接的化学键并单击Add按钮。

这就产生了一条拉伸分子中的C-C键的构型路径。这就是创建虚拟Slater-Koster库所需的全部信息。短程电位的精度并不重要，因为将不会使用这个库来处理任何涉及力或总能量的计算。

在Electronic选项卡上，将Functional设置为GGA PBE。

在DFTB+ Calculation对话框中，单击Run按钮并关闭对话框。

参数化任务完成后，将返回库。

右键单击C.skflib并选择Open Containing Folder。

这将打开包含参数文件的文件夹的Windows文件资源管理器。您需要在Materials Studio中为后续任务提供相关的.elec文件。

右键单击C.elec，选择Properties，取消选中Hidden复选框。单击OK并关闭Windows文件资源管理器。在项目浏览器中，单击刷新。

现在，您可以使用.skflib和.elec文件作为模板，可以创建一组具有不同电子设置的Slater Koster文件。在实际研究中，将分两个阶段执行此操作：首先创建一个大尺寸低精度的网格，然后在确定想要研究的区域后，创建第二个精度更高的网格。在本教程中，将使用精度较高的网格。

打开C.skflib文件。从菜单栏中选择User | Parameters | DFTB+ Generate Electronic Parameters，打开DFTB+ Generate Electronic Parameters对话框。将MinRadii1设置为2.2，MaxRadii1设置为2.8，MaxRadiiStep1设置为0.05，单击OK按钮。

该工具生成一组Radii1和Power的设置不同的.skflib文件。由于在Potential模式下进行，因此将不使用Radii2设置。计算完成后，结果文件夹C DFTB+ Generate Electronic Parameters中将包含SkfLib.zip文件，其中包含创建的所有.skflib文件。zip文件用于评估使用不同晶体结构的能带结构的电子设置。

建立一个名为Band structure的文件夹，将SkfLib.zip文件复制到该文件夹内。确保Band structure文件夹被选中，打开Import Document对话框，导航至Structures\ceramics，选择diamond.msi和graphite.msi结构，单击Open按钮。

确保diamond.xsd为当前文档，选择Build | Symmetry | Primitive Cell。

打开Import Document对话框，导航至Structures\metals\pure-metals，选择Al.xsd结构。单击Open按钮。

选择Build | Symmetry | Primitive Cell。选择所有原子，并将其元素类型更改为C。将晶胞常数更改为2.0 Å。将文件重命名为C_fcc.xsd。

要确保评估结构具有真实的几何构型，需对每个结构运行几何优化计算。此处，使用CASTEP模块的固定晶胞形状优化功能，以确保结构不会收敛到较低能量的结构。

单击Modules工具条上的CASTEP按钮，选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation。将Quality设置为Ultra-fine，Functional设置为GGA PBE。将Task更改为Geometry Optimization，单击More…按钮，打开CASTEP Geometry Optimization对话框。将Cell optimization设置为Fixed Shape，在Options选项卡中，将TPSD设置为Algorithm，关闭对话框。

应对于所有输入结构以相同设置运行几何优化计算。

使得diamond.xsd为当前文档，在CASTEP Calculation对话框中单击Run按钮。

对graphite.xsd和C_fcc.xsd两个结构重复此操作。关闭CASTEP Calculation对话框。

计算完成后，需要将优化的结构放置于同一文件夹中，以便对脚本进行评估。

删除原始结构文件，并用几何优化后的结构替换每个结构。

使得diamond.xsd为当前文档，在菜单栏中选择User | Script Job…，打开Script Job Control对话框。选择服务器网关、队列（如果合适）以及要在其上运行能带结构计算的CPU核数。关闭Script Job Control对话框。

在菜单栏中选择User | Parameters | DFTB+ Electronic Evaluation，打开DFTB+ Electronic Evaluation对话框。将UpperLimit设置为4.0 eV，并单击OK按钮。

这将启动脚本任务，使用DMol3和DFTB+对与当前文档位于同一文件夹中的所有结构执行能带结构计算。脚本将比较指定能量窗口的能带结构，并在数据表中返回结果。对于每个结构，数据表包含能带结构比较的平均绝对误差（MAE）和一个能带结构文件，该文件在同一图表中显示DFTB+和DMol3能带结构。最右边一列包含所有结构的MAE平均值。要找到更佳能带结构拟合的设置，可对mean (MAE)列进行排序。

打开输出的BandStructures.std数据表文件，选K mean(MAE)，单击Sort Ascending按钮，按升序排序。