多尺度材料設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)Device Studio應(yīng)用實(shí)例之RESCU計(jì)算

Device Studio （簡(jiǎn)稱：DS）作為鴻之微科技（上海）股份有限公司（簡(jiǎn)稱：鴻之微）研發(fā)的多尺度材料設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)材料原子級(jí)建模（百萬(wàn)量級(jí)）、高性能科學(xué)仿真計(jì)算、計(jì)算任務(wù)的監(jiān)控和管理、數(shù)據(jù)可視化分析的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)與科學(xué)仿真模擬一體化，極大地促進(jìn)和提升科研效率，幫助科研工作者解決當(dāng)今多尺度材料設(shè)計(jì)與仿真模擬的一系列重要問(wèn)題。

Device Studio 集成了多種科學(xué)計(jì)算軟件，可滿足用戶在各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)仿真計(jì)算需求。集成了第一性原理平面波計(jì)算軟件 DS-PAW，第一性原理量子輸運(yùn)計(jì)算軟件 Nanodcal，緊束縛模型量子輸運(yùn)計(jì)算軟件 Nanoskim，第一性原理大體系KS-DFT計(jì)算軟件 RESCU，量子化學(xué)計(jì)算軟件 BDF，分子發(fā)光與輸運(yùn)性質(zhì)計(jì)算軟件 MOMAP，材料微觀組織演化模擬軟件 STEMS ，嵌段共聚物自組裝相行為設(shè)計(jì)軟件TOPS，聚合物耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬軟件PODS，以及其他主流的科學(xué)計(jì)算軟件，諸如：VASP、LAMMPS、QE、OVITO 、Gaussian、NWChem等。

Device Studio 基于強(qiáng)大的材料設(shè)計(jì)建模和高性能科學(xué)仿真計(jì)算能力，可廣泛應(yīng)用于量子器件、人工生物、先進(jìn)電池、智能照明、存儲(chǔ)器等產(chǎn)業(yè)中，輔助其在電子材料、合金、生物科技等領(lǐng)域開(kāi)展材料研發(fā)與設(shè)計(jì)，為光電和集成電路等產(chǎn)業(yè)提供專業(yè)的技術(shù)支撐。

本期將給大家介紹Device Studio 應(yīng)用實(shí)例 8.4.5-8.4.6的內(nèi)容。

8.4.5.RESCU計(jì)算

8.4.5.1.RESCU自洽計(jì)算

在做自洽計(jì)算之前，用戶可根據(jù)計(jì)算需要打開(kāi)scf.input文件并查看文件中的參數(shù)設(shè)置是否合理，若不合理，則可選擇直接在文件中進(jìn)行編輯或重新生成，最后再進(jìn)行自洽計(jì)算。選中scf.input→ 右擊 →Open with即可查看到晶體Ni自洽計(jì)算輸入文件如下所示：

在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中scf.input→ 右擊 →Run，彈出Run界面如圖8.4-7(圖8.4-7: Run界面)所示，點(diǎn)擊界面中的Run按鈕則可進(jìn)行晶體Ni的自洽計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中，用戶可在Job Manager區(qū)域觀察晶體Ni自洽計(jì)算的計(jì)算狀態(tài)，當(dāng)計(jì)算任務(wù)處于排隊(duì)中、計(jì)算中和計(jì)算完成時(shí)，Status分別為Queued、Running、Finished。

計(jì)算完成后可看到Device Studio的Project Explorer區(qū)域看到日志文件resculog.out。選中resculog.out→ 右擊 →Open Containing Folder則找到resculog.out文件在本地電腦中的存儲(chǔ)位置，其中results文件夾則含有晶體Ni自洽計(jì)算完成后的結(jié)果文件Ni_scf.h5、Ni_scf.mat和Density.txt。

圖8.4-7: Run界面

8.4.5.2.RESCU能帶計(jì)算

能帶計(jì)算需調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果，故需先做自洽計(jì)算，再做能帶計(jì)算。本算例已經(jīng)做過(guò)自洽計(jì)算，則不需要再做自洽計(jì)算，直接調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果做能帶計(jì)算即可。選中Bandstructure.input→ 右擊 →Open with即可查看到晶體Ni能帶計(jì)算輸入文件如下所示：

在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中Bandstructure.input→ 右擊 →Run，彈出Run界面如圖8.4-7(圖8.4-7: Run界面)所示，點(diǎn)擊界面中的Run按鈕則可進(jìn)行晶體Ni的能帶計(jì)算。計(jì)算完成后則可在results文件夾中看到晶體Ni能帶計(jì)算完成后的結(jié)果文件Ni_bs.h5、Ni_bs.mat和BandStructure.txt。

8.4.5.3.RESCU態(tài)密度計(jì)算

態(tài)密度計(jì)算需調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果，故需先做自洽計(jì)算，再做態(tài)密度計(jì)算。本算例已經(jīng)做過(guò)自洽計(jì)算，則不需要再做自洽計(jì)算，直接調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果做態(tài)密度計(jì)算即可。選中DensityOfStates.input→ 右擊 →Open with即可查看到晶體Ni態(tài)密度計(jì)算輸入文件如下所示：

在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中DensityOfStates.input→ 右擊 →Run，彈出Run界面，點(diǎn)擊界面中的Run按鈕則可進(jìn)行晶體Ni的態(tài)密度計(jì)算。計(jì)算完成后則可在results文件夾中看到晶體Ni態(tài)密度計(jì)算完成后的結(jié)果文件Ni_dos.h5、Ni_dos.mat和DensityOfStates.txt。

8.4.6.RESCU計(jì)算結(jié)果的可視化分析

選中resculog.out→ 右擊 →Open Containing Folder則找到resculog.out文件在本地電腦中的存儲(chǔ)位置，在同一目錄下找到計(jì)算結(jié)果文件夾results，該文件夾下含有晶體Ni的自洽、能帶和態(tài)密度計(jì)算的結(jié)果文件。

在如圖8.4-2所示界面（即：Device Studio圖形界面）中選中Simulator→RESCU→Analysis Plot，彈出導(dǎo)入計(jì)算結(jié)果文件的圖形界面如圖8.4-8所示，在該界面中選中能帶計(jì)算結(jié)果文件Bandstructure.txt，點(diǎn)擊打開(kāi)按鈕即可彈出能帶的可視化分析界面如圖8.4-9所示。用戶可根據(jù)需要調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的取值范圍，通過(guò)點(diǎn)擊界面中的Spin Type的下拉按鈕選擇只顯示Spin Up或Spin Down，或Spin Up和Spin Down都顯示。

用戶可通過(guò)滾動(dòng)鼠標(biāo)中鍵將可視化分析結(jié)果放大或縮??；可根據(jù)需要編輯坐標(biāo)軸標(biāo)注和標(biāo)題，選擇字體的大小和類型。選中如圖8.4-9所示界面中Export快捷圖標(biāo)，彈出導(dǎo)出可視化分析結(jié)果的圖形界面，用戶可根據(jù)需要選擇圖片的保存路徑和保存格式，并給所保存的圖片命名。

圖8.4-8: RESCU導(dǎo)入計(jì)算結(jié)果文件的圖形界面

圖8.4-9: RESCU能帶的可視化分析界面

在如圖8.4-2所示界面（即：Device Studio圖形界面）中選中Simulator→RESCU→Analysis Plot，彈出導(dǎo)入計(jì)算結(jié)果文件的圖形界面如圖8.4-8所示，在該界面中選中能帶計(jì)算結(jié)果文件DensityOfStates.txt，點(diǎn)擊打開(kāi)按鈕即可彈出態(tài)密度的可視化分析界面如圖8.4-10所示。

圖8.4-10: RESCU態(tài)密度的可視化分析界面

審核編輯：劉清