gulp工具（科研干货MS软件GULP模块介绍和使用）

gulp工具（科研干货MS软件GULP模块介绍和使用）3. 过渡态2. 能量最小化个人感觉 GULP 的核心算法应该是类似 Discovery 模块与 Forcite 模块中使用的力场，不过像是 COMPASS 力场一样对计算固体进行了优化，而且具体的立场形式要比其他两个模块丰富得多，也支持并行计算，在处理大体系时相信会有相当令人满意的速度。不过重点实验室采购 MS 时并没有买 GULP 的使用权，而且目前计算 COF 材料的一些特性也并不是非得用到 GULP 模块的功能，所以我们不打算在这个模块的介绍上投入太多的笔墨。所有的两个实例来自于 Materials Studio 自带的帮助文件。将 GULP 列入目录的原因是其包含的立场拟合功能，这在 MS 其他模块中是没有的，这个会在第二个实例中涉及。但是要强调的是，GULP的拟合的力场的形式与 Sorption 模块中计算气体吸附量的力场还有差别，这个会在实例中体现。GULP 目前支持的功能有

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GULP 是 General Utility Lattice Program 的缩写，作为 MS nanotech模块中的一员，GULP通常用于模拟 3D 周期固体，气相团簇，与块状大体积材料中的孤立缺陷位点。尤其值得注意的是 GULP 通过使用壳层模型（Shell Model），还可以用于处理分子固体与离子材料，而这通常是更加昂贵的量子化学算法所擅长的领域。

GULP 可适用于计算三维固体的大量属性。虽然其初始设计是用于生成其他计算软件的输入文件或进行原子间势能拟合，但通过不断的扩展应用，GULP 目前也可以像其他模块一样进行能量最小化，声子计算等常用材料学参数的计算。与其它模拟程序不同的是，GULP对固体使用对称性从而简化输入，通过仅计算不对称单元而加速计算。这会使计算速度有一个数量级的提升。GULP 也可以用于计算非周期系统，并包含了一个名为 CLUSTER 的独立程序，这一工具对计算分子缺陷的缺陷能非常有用。GULP 还可以用于拟合体相材料与团簇的势能参数。

顺便一提，想使用 GULP 程序并不是非要购买 Materials Studio 不可。与 DFTB 极为相似，GULP 的开发者并不是 Accelrys 公司，而是澳大利亚科廷(Curtin)大学的一个小组。Accelrys公司买下的是 GULP 的商用版权，而对与向我们这样的科研机构用户而言，可以直接向开发小组申请并获得免费版的 GULP 程序。

个人感觉 GULP 的核心算法应该是类似 Discovery 模块与 Forcite 模块中使用的力场，不过像是 COMPASS 力场一样对计算固体进行了优化，而且具体的立场形式要比其他两个模块丰富得多，也支持并行计算，在处理大体系时相信会有相当令人满意的速度。不过重点实验室采购 MS 时并没有买 GULP 的使用权，而且目前计算 COF 材料的一些特性也并不是非得用到 GULP 模块的功能，所以我们不打算在这个模块的介绍上投入太多的笔墨。所有的两个实例来自于 Materials Studio 自带的帮助文件。将 GULP 列入目录的原因是其包含的立场拟合功能，这在 MS 其他模块中是没有的，这个会在第二个实例中涉及。但是要强调的是，GULP的拟合的力场的形式与 Sorption 模块中计算气体吸附量的力场还有差别，这个会在实例中体现。

GULP 目前支持的功能有：

1. 计算体系的类型：三维大体积材料，团簇，缺陷

2. 能量最小化

3. 过渡态

4. 由用户指定体系的空间群（230 种）

5. 晶体特性：弹性常数，体积模数，扬氏模数，泊松率，静电绝缘常数，高频绝缘常数，折射指数，压电常数，声子频率，声子态密度，声子态密度投影，声子散射曲线，k 空间的Patterson 对称性，零点振动能，熵（恒定体积），热容（恒定体积），Helmholtz 自由能，静电势，电场，电场梯度

6. 缺陷：Mott-Littleton 方法，缺陷能量，缺陷位移的过渡态，缺陷频率7. 拟合。弹性常数，静电和高频介电常数，晶格能，压电常数，梯度，频率，电势和结构的经验拟合

8. 分子动力学(NVE)

9. 结构分析：键长，键角，扭转角，密度和单元体积。

10.为其它程序产生输入文件：Marvin，Cerius2，InsightII，G-VIS，SIESTA

实例 1.计算钻石的结构性质

本部分我们将使用 GULP 简单计算钻石晶胞的一些机械性质。具体说来就是创建一个钻石的表面并计算表面能。

首先，输入钻石晶胞的结构数据，其文件名为 C.msi，位于 ExamplesDocumentsD Model处。随后，将晶胞的对称性降为 P1，选择命令 Build | Symmetry | Make P1。如图：

接下来进行结构的优化，点击

按钮调出 Calculation 菜单。如上图所示，任务选择几何优化，力场选择 Brenner。Properties 标签内默认 4 个属性全部计算，因为计算速度很快，所以不用去掉，默认全部运行就好。Job Control 里的并行线程数不要改，因为 GULP 仅在进行动力学计算时才能并行，选择多线程反而无法运行。点击 Run，几乎是马上得到了结果：

接下来，计算钻石 （1，1，1）晶面的表面能，公式如下 。这个 xsd 文件上的内容不需要管，我们打开 C.gout 文件，按 CTRL F 键搜索关键字 Total Lattice Energy，得到 Total lattice energy = -58.95066537 eV。

现在准备构建表面。打开输出的 C.xsd 文件，在左下角的 Properties Explorer 窗口内将Filter 调到 Symmetry System，项，记录下原子数（8）。接下来准备切出（1，1，1）晶面。

选择 Build | Surfaces | Cleave surface，打开如下窗口：

切割晶面为（1，1，1），切割厚度为 4.0，点击 Cleave，则得到一个新文件 C(1 1 1).xsd。对其进行几何优化，得到下面的结构。输出的文件除了 C(1 1 1).xsd 还有一个 C(1 1 1).xtd 文件，这个文件可以用 Animation 工具条内的 Play 播放，动画显示的是几何优化的过程。

在 Properties Explorer 的 Symmetry System 栏中查找原子数（33），在 Lattice 2D 栏中查找表面积（Cell Area），其值约为 22.4168 Å2；打开 C (1 1 1).gout 文件查找 Total Lattice Energy，其值为-223.34465342 eV。将以上数据带入方程，则可求得表面能。

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