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介绍、教程
CP2K软件基础培训
CP2K是运行最快的开源第一性原理材料计算和模拟软件, 可研究上千个原子的大体系, 广泛用于固体、液体、分子、周期、材料、晶体和生物系统的模拟. 它是由马克斯-普朗克研究中心早在2000 年发起的一项用于固体物理研究的项目, 全部代码使用Fortran 2003 写成. 现在它已转由苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和苏黎世大学(Univ. Zurich)维护, 成为一个开源的项目, 遵从GPL协议, 用户可以从其官方网站(www.cp2k.org)下载到源代码.
CP2K的功能很多, 其输入文件的结构也比Gaussian或者VASP等常见的计算化学软件更加复杂. 这里，首先给出各种CP2K输入文件作为例子, 并说明其输入文件中各种参数的设置.
1.BAND使用band方法来进行最低能量路径(MEP)以及反应过渡态的搜索, 通常可以使用的方法有CI-NEB, IT-NEB等方法.
2.CELL_OPT晶胞参数的优化.
3.ENERGY 计算当前结构的能量. 对于DFT来说, 就是一个SCF计算.
4.ENERGY_FORCE计算当前结构的能量, 同时计算出每个原子上的梯度(即受力).
5.GEO_OPT对当前结构进行几何结构的优化, 以获得当前结构对应的局部极小点或者过渡态. GEO_OPT有两种类型: 一种是MINIMIZATION,
即优化到极小点;
一种是TRANSITION_STATE, 即优化到过渡态. 过渡态的优化采用Dimer方法来实现.
6.MD分子动力学模拟. 基于第一原理的分子动力学模拟是CP2K的一大优势. 此外, CP2K也支持使用力场以及DFTB等方法进行分子动力学模拟.
7.VIBRATIONAL_ANALYSIS对当前结构进行振动分析, 也就是频率计算.
频率计算可以计算部分原子的频率(INVOLVED_ATOMS),也可以计算某一频率范围内的频率计算(MODE_SELECTIVE).
第一原理电子结构计算:
1.DFT能量和力
2.Hartree-Fock 能量和力
3.Moeller-Plesset 二阶微扰理论(MP2) 能量和力
4.随机相位近似(RPA) 能量
5.周期边界条件
6.基集包括各种标准的Gaussian型轨道(GTOS), 赝势平面波(PW)以及Gaussian和平面波混合基(GPW/GAPW)
7.包括模守恒赝势、GTH、非线性核矫正赝势或者全电子计算
8.CP2K中可以使用的交换关联泛函很多, 但并非每个基组都为相应的泛函进行了优化. 经常使用的泛函有LDA(PADE),
BLYP以及PBE,在CP2K的tests目录中有相应的优化基组. 此外, CP2K中也可以使用B3LYP、HSE等杂化泛函, 可以使用DFT-D3 等色散校正
9.通过DFT-D2以及DFT-D3模型进行色散矫正
10.DFT+U
11.线性标度Kohn-Sham矩阵计算的稀疏矩阵和预筛选技术
12.DIIS自洽场极小化
13.通过TDDFPT计算激发态
14.CP2K中主要有两种SCF的收敛算法, 一种是基于轨道变换(OT)的算法, 一种是基于对角化(DIAG)的算法. 如果体系有较大带隙的, 如为半导体或者绝缘体等,
推荐使用OT算法, 收敛速度比较快.