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 材料计算 

平台介绍

新材料是国家工业的支柱,随着新一轮工业革命和互联网时代的到来,新材料的研发速度严重滞后于材料性能需求速度,按需逆向设计和精准控制性能已成为新材料设计的必然趋势。计算材料学以物理、化学、材料等学科知识为基础,以大型超级计算机为载体,以计算得到材料的微观结构、理化性质、性能表征参数等数据为目标的一门交叉学科,是对以实验为主的传统材料学科的补充和深入挖掘,通过计算所得的数据从微观、介观、宏观尺度对实验背后的机理进行多层次的定量研究与分析。本平台围绕深圳市关键领域新材料产业研发需求,针对传统材料研发中微观计算模拟尺度小、精度低、速度慢的关键科学问题,面向新一代国产超级计算机系统,研发满足材料多尺度计算仿真需求的高性能材料模拟软件和新材料设计平台,提升材料计算模拟的精度、速度和应用范围。


技术特点

本平台集成了材料领域常用的计算软件及前后处理工具,能够从原子尺度到宏观尺度模拟和预测材料的性质与行为。平台支持材料科学的各个领域,包括但不限于新能源材料、生物医学材料、纳米材料和复合材料等。基于本平台上集成的相关软件,用户可以进行结构预测、电子性质计算、动力学模拟、热力学分析等多种计算任务,以揭示材料的微观机制、设计新材料或优化现有材料的性能。通过运用量子力学、分子动力学模拟软件,可从微观尺度进行新型材料以及能源相关材料的开发,进行如低维功能化材料、燃料电池等的结构设计工作。


典型案例 1 

香港中文大学物理系顾正澄教授团队依托深圳超算计算资源研发出了一种新的基于张量网络态的算法来解释高温超导现象,从数值计算角度展现了张量网络态在解决二维阻挫体系的优越性。用该算法求解阻挫自旋系统模型,并且系统的基态可能会出现新奇的物质态——量子自旋液体,有望用于量子通讯及量子计算领域。

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典型案例 2 

深圳超算支持自然资源部第一海洋研究所,将高性能计算能力应用于海洋地质、环流、潮汐、环境与生态系统等海洋领域研究,对于发展海洋数值模拟技术,强化全球与区域气候变化研究能力、国家海洋安全环境预报、海洋灾害预警预测、海洋环境保护和“数字海洋”建设具有重要的意义。基于曙光6000超级计算机,完成南海及周边风浪耦合同化精细化数值预报与信息服务系统、海上危险化学品突发事故应急技术研发及示范等多个国家重大专项,建立了多个具有高空间分辨率、高计算负载的海洋大气模式。

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图 1 引入机器学习针对复杂原子催化剂体系筛选图 2 所有过渡金属氧化还原势垒的筛选


分类软件

软件名称版本免费开源/商业软件功能特点

vasp

5.4.1商业量子力学
gaussianD01.Linda商业量子力学
Materials Studio7.0商业

量子力学、分子动力学

cp2k
免费开源

量子力学、分子动力学

lammps23Jun2022, 5Jun19, 2021.09.29免费开源

分子动力学

gromacs2018.6, 2020.2免费开源

分子动力学

vaspkit
免费开源前后处理
phonopy
免费开源声子谱
qe2023.02, 6.1.0免费开源量子力学
vaspsol
免费开源量子力学
plumed2.2b, 2.5.2免费开源分子动力学
calypso
免费开源结构搜索
gpaw
免费开源量子力学
octopus
免费开源量子力学
psi4.0免费开源量子力学
siesta
免费开源量子力学
xcrysden
免费开源结构建模
abinit
免费开源量子力学
orca4_2_1免费开源量子力学
pymatgen
免费开源前后处理
amber
免费开源分子动力学
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免费开源分子动力学
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免费开源量子力学
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免费开源量子力学
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