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标题: 半经验方法aTB简介 [打印本页]
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-10 20:38
标题: 半经验方法aTB简介
本帖最后由 Warm_Cloud 于 2025-4-10 20:40 编辑
基于原子密度的紧束缚方法（atomic density based tight-binding，aTB）是张英峰等人开发的一种半经验方法，是目前流行的DFTB、GFN-xTB之外的另一种紧束缚模型。该方法利用由密度拟合形式表示的电子密度构建零级哈密顿量，因此也被称作aTB。该半经验方法支持从氢（H）到镭（Ra）一共88种元素，其基态的计算支持到二阶解析导数，激发态的计算支持一阶解析导数。aTB可用于计算包含主族元素和过渡金属的分子的结构、振动频率、分子间相互作用以及激发态。可以计算超过3000个原子的体系，在精度和速度方面略优于GFN-xTB。而相比于DFT，aTB则要快2000倍左右。
文章作者：张英峰*，肖进，王舜禹，朱通*，张增辉*
aTB可以在张英峰开发的免费量子化学软件Amesp（软件网站：www.amesp.xyz）中使用。使用方法简单，直接写关键词atb即可：
% npara 4
! atb opt freq
>xyz 0 1
C -0.99354842 0.23870967 0.00000000
H -0.63689400 -0.77010033 0.00000000
H -0.63687558 0.74310786 0.87365150
H -0.63687558 0.74310786 -0.87365150
H -2.06354842 0.23872286 0.00000000
end
若使用了Amesp和aTB，请引用以下文章：
(1) Yingfeng Zhang, Jin Xiao, Shunyu Wang, Tong Zhu, and John Z. H. Zhang. Journal of Chemical Theory and Computation 2025 21 (7), 3410-3425
(2) Zhang, Y. F. Amesp: Atomic and molecular electronic structure program. Electron. Struct. 2024, 6 (3), No. 037002.
aTB支持1-88号元素的基态（如能垒、分子间相互作用）和激发态计算（如吸收和发射UV-vis谱和ECD谱等），支持隐式溶剂模型，支持解析一阶和二阶导数，能够进行几何优化，过渡态搜索，振动分析以及从头算分子动力学模拟等。整体精度略好于GFN-xTB。而相比于DFTB和GFN-xTB，aTB方法有着以下的优势：
（1）aTB的参数覆盖了更广泛的元素范围，其基态和激发态参数均支持到镭（Ra），而GFN-xTB支持到氡（Rn），专门用于激发态计算的sTDA-xTB支持到砹（At）。使用DFTB需要复杂的参数文件，且其参数覆盖范围远不如aTB广泛。
（2）aTB支持解析二阶导数，而GFN-xTB不支持，这使得aTB能够更精准、更快速地计算二阶导数，用于热力学计算以及过渡态搜索。
（3）激发态方面，aTB支持解析一阶导数，能够快速完成大体系的激发态几何结构优化工作，而sTDA-xTB不支持。
（4）aTB方法在Amesp软件中实现，支持过渡态搜索、背景电荷（点电荷与高斯电荷）和匀强电场，以及它们的一阶和二阶导数，这些功能都是xtb软件所不具备的。
作者Author: lanthanum 时间: 2025-4-10 21:19
如果能以aTB为基础，将类似crest的构象搜索功能集成到Amesp中，就更强大了。
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-10 21:21
安排~
作者Author: cokie 时间: 2025-4-10 21:23
刚看完那篇JCTC，就有介绍贴了
作者Author: Stardust0831 时间: 2025-4-10 21:43
大师太伟大了
作者Author: Solitude198 时间: 2025-4-10 23:15
请问老师有打算做pythonAPI接口吗，类似于xtb这种，给大佬跪了
https://github.com/grimme-lab/xtb-python
作者Author: 丁越 时间: 2025-4-11 08:38
https://github.com/DYang90/PyAmesp/tree/master
作者Author: exity 时间: 2025-4-11 08:50
原来是拥有JCTC的强者。啊！好刺眼！不行，太亮了。
作者Author: akakcolin 时间: 2025-4-11 09:43
我粗看了一下公众号的公式，整体看起来和DFTB很像，主要区别是排斥势部分吧，用单元素的参数构造，这也是GFN-xTB的处理方式，不知理解的对不对
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-11 10:33
H0和DFTB都是用了双中心近似，细节很不一样，也没有元素对儿的东西。排斥部分用到了GFN-xTB的方式。
作者Author: wzkchem5 时间: 2025-4-11 11:24
所以你文章这里的three-center two-electron integral其实指的是three-index integral？前面说有three-center integral，后面又说做了two-center approximation，感觉有点容易误解。。。
In the programming implementation, I2 invokes the module
for three-center nuclear attraction integrals, I3 invokes the
module for three-center two-electron integrals, and I4 invokes
the module for three-center overlap integrals. Due to the use of
the two-center approximation, only centers A and B need to be
calculated.
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-11 11:59
积分用到了三中心积分的代码，实际上是只有两个中心参与，指标也是两个中心。
作者Author: 卡开发发 时间: 2025-4-11 13:00
这个和xtb的接口还是有些区别，毕竟每次调用还是会有内存上的分配释放和初始化的问题，但暂时可能解决不了。
作者Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-4-17 14:40
大师，未来aTB的推广有什么打算，比如可以期待在CP2K等其他软件也来实现么？
在跑周期性水溶液体系的从头算分子动力学模拟时，DFTB和xTB系列方法有个已知的缺点是对水结构和密度的描述比较糟糕，经常出现NVT系综下产生空泡、NPT系综下盒子明显收缩乃至SCF不收敛等等奇怪的问题（比如google group上这条和这条讨论，本论坛里也有过几个帖子提及）。不知道aTB能否比其他半经验方法更准确地复现水的结构，如果真能那无疑具有重要实践意义。
……甚至大体系激发态的非绝热动力学也可能挑战一下？天哪
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-17 15:02
未来aTB的推广当然主要是做好Amesp。目前版本的aTB做水不见得比xTB和DFTB更好，但是可以试试拟合专用的参数。激发态非绝热动力学有兴趣做。
作者Author: Hugo_314cat 时间: 2025-4-27 18:38
大师，想问下有没有机会捏一个Windows系统版本的aTB？个人觉得这对增加应用端计算化学用户的体验很重要(毕竟这样就可以直接在笔记本上面使用)，也有助于增加aTB的流行度。感谢！
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-4-28 10:23
下个大版本（3.0）会有windows版本+mac版本。
作者Author: ShangChien 时间: 2025-5-18 02:50
- atb有类似gfn-ff的力场优化功能吗？
- 能编译成wasm吗？
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-5-19 16:43
GFN-FF是相对于GFN-xTB的一个独立方法，目前Amesp中没有与之对标的方法。不能编译成wasm。
作者Author: Eudaimonia 时间: 2025-8-4 13:43
请问一下并行效果怎么样？ xtb的并行效率下降的太快了
作者Author: Warm_Cloud 时间: 2025-8-4 15:39
应该不比xTB好多少。
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