оптимизиация геометрии в МОРАС

[MaxGid]

Всем доброго времени суток.
У меня стоит задача посчитать оптимизацию геометрии кристалла ZnSe, (потом включать дефекты френкеля шотки и др искажения...)
у меня не получается уже самый первый шаг, на выходе получаются координаты отличающиеся от заданных, хотя не должны.
Что я делаю не так? Подскажите пожалуйста. Или может мопак для таких задач не подходит и стоит переключиться на GAMESS или что то другое?

Файл .mop примерно такой:

AUX LARGE CHARGE=0 PM7
Title

Zn 1.41718 1 1.41718 1 1.41718 1
Zn 1.41718 1 4.25153 1 4.25153 1
...................

[amge]

Насколько большой кластер (кусок ZnSe) используете? Чем терминируете свободные валентности? Или там молекулярный кристалл?

Я бы не доверял полуэмпирике на подобных системах. Самое правильное, наверное, использовать специальный софт для периодических систем. Мопак тоже, якобы, может, но плохо даже для систем без тяжелых атомов.

[Гесс]

1) а дальше что - всмысле ну получите вы дефекты с межузелным атомом и/или вакансией. Иии? Электронная структура из полуэмпирики может оказать категорически некорректной. Поэтому если вопрос на любом последующем этапе начнет касаться электронной/зонной структуры то надо со старта уходить в дфт. Причем сразу в периодическое. Дешевле чем дфт будет дфтб, но в традиционном dftb я селена непомню, так что дорога идет в эмпирический gfn-xtb, и совсем не факт что там будет правильная электронная структура.
Кластерной моделью можно конечно играться, но надо четко сформулировать чего вы хотите и как намеряны это обеспечивать. Можно например заморозить краевые атомы кластера и погрузить его в сетку точечных зарядов (правильно определенного размера) расположенных на местах атомов котрые могли бы быть будь кластер больше. Так как заряды считаются очень дешево то такая "сольватация" может быть размером намного больше кристалла.

[MaxGid]

Насколько большой кластер (кусок ZnSe) используете? Чем терминируете свободные валентности? Или там молекулярный кристалл?

Я бы не доверял полуэмпирике на подобных системах. Самое правильное, наверное, использовать специальный софт для периодических систем. Мопак тоже, якобы, может, но плохо даже для систем без тяжелых атомов.

В самом начале использовал минимальный кластер 4 цинка 10 селенов, когда только знакомился с мопаком с ключевым словом ADD-H фигня полная получилась, add-h как я понял не для "обнуления" заряда а для валентности..
По примеру одной статьи про титан, расширил кластер 3х3х3 и добавил цинки по краям для компенсирования заряда, вышло 172 цинка и 172 селена. Сначала оптимизировал добавленные цинки, закрепив эту структуру 3х3х3, потом полученные координаты закрепил и оптимизировал всю структуру, получилось что то похожее, посоветовали закрепить центральную ячейку оптимизировать структуру 3х3х3 (без центральной), закрепить полученные координаты и оптимизировать центральную, получилось чуть лучше но хотелось бы точнее.

Стоит взять другой софт для моей задачи? Можете посоветовать что нибудь?

Глобальная задача состоит в том чтобы обьяснить полученный экспериментальный спектр вырощенного кристалла, на нем наблюдается побочные линии которые нужно обьяснить. У нас есть разработанная нашей командой программа считающая спектр, g-фактора.. Мне нужно посчитать геометрию дефектов, полученные координаты ввести в нашу программу чтобы определить какие линии какому дефекту относятся, и относятся либо вообще. Проблема что в моем отделе никто с мопаком и подобными программами не работал и совета спрашивать не у кого(.

[MaxGid]

1) а дальше что - всмысле ну получите вы дефекты с межузелным атомом и/или вакансией. Иии? Электронная структура из полуэмпирики может оказать категорически некорректной. Поэтому если вопрос на любом последующем этапе начнет касаться электронной/зонной структуры то надо со старта уходить в дфт. Причем сразу в периодическое. Дешевле чем дфт будет дфтб, но в традиционном dftb я селена непомню, так что дорога идет в эмпирический gfn-xtb, и совсем не факт что там будет правильная электронная структура.
Кластерной моделью можно конечно играться, но надо четко сформулировать чего вы хотите и как намеряны это обеспечивать. Можно например заморозить краевые атомы кластера и погрузить его в сетку точечных зарядов (правильно определенного размера) расположенных на местах атомов котрые могли бы быть будь кластер больше. Так как заряды считаются очень дешево то такая "сольватация" может быть размером намного больше кристалла.

Глобальная задача состоит в том чтобы обьяснить полученный экспериментальный спектр вырощенного кристалла, на нем наблюдается побочные линии которые нужно обьяснить. У нас есть разработанная нашей командой программа считающая спектр, g-фактора.. Мне нужно посчитать геометрию дефектов, полученные координаты ввести в нашу программу чтобы определить какие линии какому дефекту относятся, и относятся либо вообще. Проблема что в моем отделе никто с мопаком и подобными программами не работал и совета спрашивать не у кого(.

Заряды считаются очень дешево, вы имеете в виду время расчета?
эмпирический gfn-xtb это ORCA?
То есть в мопаке я лучше результатов вряд ли получу? На какой софт тогда стоит обратить внимание? подскажите пожалуйста

[Гесс]

Причин почему оно не работает так как хотелось бы может быть несколько:
1) Неадекватный метод - как уже говорил amge полуэмпирика это совсем не обязательно лучшее решение. Оптимальным решением является дфт, с учетом размера системы это доступное по цене решение если считать на расчетном кластере а не на персоналке.
2) неадекватность кластерной модели. Я бы сильно рекомендовал делать periodic boundary conditions. Хотя бы в том странном исполнении как оно в мопаке.
3) результаты адекватные (с учетом первых 2 пунктов это маловероятно но не исключено), вы их некорректно интерпретируете. Например по вашему утверждению получалось что элементарная ячейка НЕэлектронейтральна. Это фундаментально невозможно, скорее всего вы засчитываете в ячейку ВСЕ атомы на ее гранях ребрах и углах.

Рекомендации:
1) имхо оптимальная - перейти в бесплатный дфт-пакет твердотельщиков. QuantumEspresso, CP2k, и т.д.
2а) мучать полуэмпирику в мопаке, но периодически.
2б) мучать дфт непёриодически, можно и в орке
2в) gfn-xtb это самостоятельный код, бесплатно по запросу автора, я с ним (софтом) не работаю, ничего умного не скажу. Но так как нужна геометрия а не электронная структура то может и сработать.

[amge]

2а) мучать полуэмпирику в мопаке, но периодически.

Из этого, практически уверен, ничего хорошего не получится. Я пробовал несколько примеров с их сайта, и всякий раз, стоило задать градиент не как у них, откровенно завышенный, а нормальный, как получался бред: ячейка искажалась до полной неузнаваемости.

Кстати, xtb теперь на гитхабе, не обязательно автору писать. Но любая полуэмпирика (mopac и xtb в том числе) хорошо работает там, где она тщательно отпараметризована. Zn, Se и т.п. - наверняка не тот случай. (Например, в случае Ga xtb вместо обычного аниона Cl₂GaCl₂GaCl₂GaCl₂ выдал красивучий, но совершенно не реальный кластерный анион).

Так что, по моему - сразу DFT. Периодическая модель или кластерная - не буду советовать, ибо не специалист (слушайте Гесса).

[Гесс]

Есть какой то тайтбайндинг который применяли к селениду цинка и родственным соединениям, причем сразу по вопросам электронной структуры https://www.sciencedirect.com/science/a ... 9008013904 Хвалят. Я об этой модели слышу впервые и реализована она в платном софте (есть на крупнейшем торренте но потом встанет вопрос как это публиковать). И не факт что оно хорошо работает на значимых отклонениях геометрических параметров от идеальной структуры.

[MaxGid]

3) результаты адекватные (с учетом первых 2 пунктов это маловероятно но не исключено), вы их некорректно интерпретируете. Например по вашему утверждению получалось что элементарная ячейка НЕэлектронейтральна. Это фундаментально невозможно, скорее всего вы засчитываете в ячейку ВСЕ атомы на ее гранях ребрах и углах.

Рекомендации:
1) имхо оптимальная - перейти в бесплатный дфт-пакет твердотельщиков. QuantumEspresso, CP2k, и т.д.
2а) мучать полуэмпирику в мопаке, но периодически.
2б) мучать дфт непёриодически, можно и в орке
2в) gfn-xtb это самостоятельный код, бесплатно по запросу автора, я с ним (софтом) не работаю, ничего умного не скажу. Но так как нужна геометрия а не электронная структура то может и сработать.

да, все атомы на ребрах и углах.
The GFN-xTB tightbinding methods (available in ORCA 4.2) - вы про этот говорите?
Периодически и непериодически это как? в мопаке например ключевым словом каким?

[Гесс]

Да, его включили в последнюю на сегодня версию орки.

"Непериодически" - это молекулярная или кластерная модель, корнями из химии, имеется система, в какой то момент она заканчивается и дальше простирается вакуум (ну или континиумный растворитель что по сути есть вакуум с подкрученными параметрами).
"Периодически" - это с применением periodic boundary conditions, корнями из физики твердого тела, система бесконечна, и тупо повторяется с определенным шагом по каждому направлению (вектора суперячейки).

Сейчас вы работаете в кластерном приближении. Еще раз, я не утверждаю что это априори некорректно, это просто имеет некоторые сложности которые надо иметь в виду. Поверхность вашего кластера может быть либо покрыта какими то функциональными группами-заглушками (это называется "терминированная поверхность") либо непокрыта (нетерминированная). Если мы говорим о электронейтральном кластере (с равным количеством Zn и Se) то на поверхности присутствуют атомы обоих типов. И эти атомы на поверхности имеют совершенно нетипичное для себя окружение. Если их заморозить - вы рискуете оказаться в ситуации что межатомные расстояния внутри кластера будут по умолчанию поставлены в некорректную ситуацию. Если их оптимизировать - они изменят свое положение по сравнению с положением в толще кристалла. Много или мало? смотря для чего и в первую очередь смотря какой размер кластера. Если у вас от поверхности до центра кластера (в котором происходит то что вас интересует) скажем 4 слоя атомов - наверное можно считать что поверхность оказывает пренебрежимое влияние. Но кластер диаметром в 8 слоев атомов - это уже совсем не дешево. В случае периодических расчетов этой проблемы нет как класса - все атомы относятся к "толще" кристалла (если вы конечно не делаете срез, но в изложенной задаче он не нужен). Вы писали выше что вы покрывали поверхность кластера атомами цинка - это засчитывается за терминацию, но тогда у вас электронный баланс стремительно улетает вникуда. Важно ли это? смотря насколько вы заплюсовываете систему, насколько она велика, как в ней распределяется заряд. При том что селенид цинка это низкощелевой полупроводник если мне память не изменяет - то я бы избегал систем с некорректным зарядом.

Согласно мануалу мопака, ключевое слово Cluster, http://openmopac.net/manual/Solids_cluster.html Описание у него специфичное и amge пишет выше что работает оно плохо. Полуэмпирику в периодике я делал в Empire (несколько более параллельный код чем мопак, бесплатный для академического (некоммерческого) использования на 1 ноде (фишка кода межнодовая параллельность, поэтому они просто дают пробник пощупать, но тысячи атомов в чем то типа AM1-PM6 на 1 ноду влазят). И там кажется та же схема с передачей кулоновского взаимодействия.
В ORCA периодики нет как класса, но вообще XTB в периодику умеет https://xtb-docs.readthedocs.io/en/late ... tions.html Так или иначе, если вы решите что мопак не дает вам того что вы хотите я бы рекомендовал в роли более надежного (хотя и не факт что самого быстрого) решения периодическое DFT. Несколько бесплатных пакетов я назвал в прошлом сообщении, но практическую помощь по ним не окажу, в периодике я работаю в платном VASP.

[amge]

Примеры мопаковских инпутов: http://openmopac.net/PM7_accuracy/SURVEY_OF_SOLIDS.html

[Гесс]

Посмотрел наугад пару селенидов - http://openmopac.net/PM7_Accuracy/data_ ... _jmol.html и http://openmopac.net/PM7_Accuracy/data_ ... _jmol.html - ну что можно сказать - все очень-очень плохо.

[MaxGid]

Есть какой то тайтбайндинг который применяли к селениду цинка и родственным соединениям, причем сразу по вопросам электронной структуры https://www.sciencedirect.com/science/a ... 9008013904 Хвалят. Я об этой модели слышу впервые и реализована она в платном софте (есть на крупнейшем торренте но потом встанет вопрос как это публиковать). И не факт что оно хорошо работает на значимых отклонениях геометрических параметров от идеальной структуры.

Несколько бесплатных пакетов я назвал в прошлом сообщении, но практическую помощь по ним не окажу, в периодике я работаю в платном VASP.

Спасибо огромное за разьяснение и советы, VASP это не тот платный пакет о котором вы говорили выше?
под дешево вы имеете в виду время расчета?

[Гесс]

Нет, это ЕМНИП был Wien2K, посмотрите саму статью.
Да, под дешево я везде и всегда в этом разделе подразумеваю затраты машиновремени. Если я говорю про деньги это я оговариваю отдельно, но это очень редко.
Вообщем именно машиновремя (точнее наличествующие ресурсы) скорее всего определяют тут методологию. Если у вас есть доступ к суперкомпу/кластеру - я однозначно рекомендую дфт, там шансы чудес самые низкие. Если же вы ограничены собственным ноутом - возможно надо смотреть в тайтбайндинг и надеяться/молиться что он работает лучше классической полуэмпирики.

[amge]

Посмотрел наугад пару селенидов - ... - ну что можно сказать - все очень-очень плохо.

Именно так. У них там стоит в одном случае GNORM=4, в другом аж GNORM=10, тогда как умолчаемый градиент, кажется, 0.1, а с PRECISE - 0.001. Т.е имеет место откровенное очковтирательство: все их кристаллы разваливаются напрочь, если убрать искусственное ограничение по GNORM и тем более с PRECISE.

[Гесс]

Посмотрел наугад пару селенидов - ... - ну что можно сказать - все очень-очень плохо.

Именно так. У них там стоит в одном случае GNORM=4, в другом аж GNORM=10, тогда как умолчаемый градиент, кажется, 0.1, а с PRECISE - 0.001. Т.е имеет место откровенное очковтирательство: все их кристаллы разваливаются напрочь, если убрать искусственное ограничение по GNORM и тем более с PRECISE.

Да даже если на этих настройках. В одном случае PM6 дает категорически неправильные длины связей не говоря об углах, в другом случае оба метода имеют хоть и условно-адекватные длины связей но некорректную структуру.