Materials Studio
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简介 
 Materials Studio专门为材料科学模拟所设计,能方便的建立3D分子模型,深入分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物,可以在催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域进行性质预测、聚合物建模和X射线衍射模拟,操作灵活方便,并且最大限度地运用网络资源。
功能 
 DISCOVER:分子力学和动力学程序。基于力场计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。
COMPASS:对凝聚态材料进行原子水平模拟的力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、振动以及热物理性质。
Reflex:模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。
GULP:对三维周期性固体,气相团簇和大体积材料中的孤立缺陷进行各种模拟。
DMol3:密度泛函程序,可用于研究均相催化、多相催化、分子反应性、分子结构等,也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、溶解热、混合热等性质。
CASTEP:量子力学程序,应用于陶瓷、半导体、金属等多种材料,可研究晶体材料的性质、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构(能带及态密度)、晶体的光学性质、点缺陷性质(如空位、间隙或取代掺杂)、延展缺陷(晶粒间界、位错)、体系的三维电荷密度及波函数等。Materials Studio 3.1版加入的NMR CASTEP模块能够可靠地模拟任何材料的NMR化学屏蔽张量和四极耦合常数。
VAMP:半经验的分子轨道程序,适用于有机和无机的分子体系。

Materials Studio 4.1新增功能:
1. CASTEP可以使用超软赝势(USP)计算导电体系
2. DMol3可进行周期性模型的COSMO溶剂化计算
3. Nanotechnology Consortium使用户可以对大尺度体系进行量子力学模拟研究
4. 加入线性标度DFT程序ONETEP,和QM/MM程序QMERA

Materials Studio 4.2新增功能:
1. GULP增强:用立场工具创建自己的力场;计算光学特性(反射率,折射率,介电常数)
2. 到Gaussian 03的接口:设定和提交任务;监视计算;显示分子,分子轨道和电荷密度;与Materials Studio的其它模块交换结构,电荷和Hessian。
3. QMERA支持“加成嵌入”QM/MM方法,用于考虑极化影响;优化过渡态。
4. ONETEP:改善了对重元素的支持。

Materials Studio 4.3新增功能:
1. ONETEP:计算结构,能量,电荷密度,分子轨道,以及态密度。对复杂体系执行结构优化和过渡态搜索。
2. CASTEP增强:用LDA+U改善开壳层体系带隙的描述。可以用标准的Hubbard U参数,也可以用自己优化的参数。

Materials Studio 4.4新增功能:
1. CASTEP增强:芯电子能级的光谱;B3LYP杂化泛函;电子局域化函数。
2. CASTEPDMol3ONETEP:计算功函数,帮助描述金属表面。
3. VAMP增强:PM6半经验哈密顿量支持前70个元素。
4. 到DFTB+代码的接口。

Materials Studio 5.0新增功能:
1. CASTEP:计算固体材料和分子的Raman频率和强度,改善了芯级光谱的显示,包含新的PBEsol梯度校正密度泛函。
2. VAMP:AM1*半经验哈密顿量用于V,Cr,Mn,Fe,Co,Au,Br,I。
3. DMol3:改善了振动频率计算的并行执行。
4. ONETEP:改善了执行效率,计算速度提高了3至10倍。
5. GULP:设定和显示声子色散,态密度计算,显示和指定倒空间路径。
6. 显示布里渊区。
7. QMERA:支持周期QM/MM区,反应过渡态和振动频率计算。
8. DFTB+:设定和分析能带结构计算。

Materials Studio 5.5新增功能:
1. CASTEP:Express设置使性能大大提高,精度损失最小;可以算自动选择计算使用的最优核芯数;色散校正;LDA+U做几何优化
2. DMol3:用TDDFT预测可见-紫外光谱和非线性光学特性;色散校正;周期福井(Fukui)函数
3. QMERA:周期QM区域;过渡态搜索
4. GULP:新的力场;改善了溶剂化效应;电场
5. DFTB+:包含新的参数化工具,可以从DMol3计算产生Slater-Koster文件

Materials Studio 6.0新增功能:
1. DFTB+:结合量子力学精度和半经验计算的效率,可以模拟大分子体系;计算类型包括单点能,结构优化,和分子动力学;用自动参数化工具,通过已有参数产生新参数;计算的电子特性有能带结构,态密度,轨道电子密度。
2. CASTEP:精确计算金属的振动性质,改进了相变,中子散射,和无弹性X射线散射;即时生成的赝势可以改善稀土金属的精度;对于LDA+U和有限差分声子计算,改进了强关联材料的振动特性的预测。
3. ONETEP:电场对材料的影响;色散校正可以改善有机体系的能量和结构。
4. DMol3:B3LYP用于分子计算;预测拉曼光谱;开壳层TDDFT。
5. GULP:新的NPH系综并改善了稳定性;扩充了REAXFF反应力场。

Materials Studio 6.1新增功能:
1. DFTB+:扩大了SKF库的覆盖范围(含硫、磷的有机物,有机物在无机表面的吸收,沸石和硫系玻璃的缺陷);支持具有f价轨道的元素;在参数化时,把新元素添加到已存在的SKF库中,无需再重新优化整个体系。
2. CASTEP:通过限制振动频率范围,降低拉曼频率的计算时间;利用层偶极校正,提高表面的计算精度;HSE泛函改善电子材料的能带结构;vdW色散校正覆盖了更多的金属元素。
3. DMol3:给缀加基组添加弥散函数,改善带电体系的精度;改善大体系计算的稳定性;vdW色散校正覆盖了更多的金属元素。

Materials Studio 7.0新增功能:
1. DFTB+:计算电子输运性质;分子或势能面对电场的响应;计算部分态密度和振动模式;小体系计算加速;MPI并行
2. CASTEP:用过渡态确认任务改善反应路径的计算;箱中分子的激发能和激发态优化;分子或势能面对电场的响应
3. DMol3:计算介电常数和力学性质;降低了计算标度
4. GULP:计算非晶材料的热导率

Materials Studio 8.0新增功能:
1. CASTEP:化学反应的反应速率常数;TDDFT计算激发能;OTFG赝势。
2. DMol3:化学反应的反应速率常数;TDDFT计算激发能;用NEGF计算电子输运;泛函PBEsol和M06L。
3. GULP:力场Tersoff-ZRL。

Materials Studio 2016新增功能:
1. CASTEP:旋轨耦合;即时生成模守恒赝势;TDDFT支持3D周期体系;两点最陡下降结构优化算法。
2. DMol3:B3LYP泛函的计算效率提升;Meta-GGA泛函用于周期体系计算。
3. DFTB+:效率提升30%;改善了电子输运性质的并行效率;新的参数扩展了研究范围。
4. ONETEP:MD模拟可以计算超大体系(500原子以上)。

Materials Studio 2017新增功能:
1. 新的反应动力学模块Cantera
2. 支持更多材料:CASTEP的OTFG模守恒赝势包含了整个周期表;加入DFTB+GULP的更多参数
3. 支持更多性质
4. 量子力学增强:CASTEP预测EPR G张量;CASTEPDMol3的经验硬度模型;ONETEP的溶剂化自由能;CASTEPDMol3DFTB+使用部分Hessian

Materials Studio 2018新增功能:
1. Cantera支持表面反应动力学
2. CASTEP加入多种晶胞优化限制方式和轨道布居
3. DMol3的色散修正支持更多泛函
4. DFTB+加入新的slater-koster参数文件

Materials Studio 2019新增功能:
1. 新的反应动力学模块Kinetix
2. CASTEP加入电子输运和自旋输运功能,TDDFT用于激发能,优化金属体系总自旋,溶剂化模型的结构优化,过渡态搜索和动力学
3. 新的DFTB+库LIB 2019用于模拟锂离子电池中的电解质
4. 新的GULP库用于MEAM和ReaxFF RDX,可以分别研究电池和高能材料
5. 改进:ONETEPCASTEP支持OpenMP/MPI混合并行;修改了ONETEP和Mesocite的默认设置以改进效率;DMol3用离域内坐标做结构优化可提升大规模并行计算机和大体系的执行效率;CASTEP结构优化使用低内存BFGS(LBFGS)
6. 更多性质:CASTEP的Mulliken布居分析支持旋轨耦合,DFT+U可以对高度关联体系预测化学位移

平台Unix/Linux,Windows。
相关软件 
1.LEV00 & TETR
2.MOLDRAW