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标题: 用ABClsuter+xBT对化学团簇进行全局优化 [打印本页]

作者
Author: coolrainbow 时间: 2017-6-2 12:05
标题: 用ABClsuter+xBT对化学团簇进行全局优化
本帖最后由 coolrainbow 于 2017-6-2 12:05 编辑

1 简介

ABCluster是一个对原子和分子团簇进行全局优化的软件，它免费高效且功能十分强大，可以在http://www.zhjun-sci.com/software-abcluster-download.php得到。软件下载即可使用，在Windows，Linux和MacOSX平台都可以使用。在处理电子定域性比较好的团簇时，用ABCluster自带的CHARMM力场就可以很完美的进行搜索，实际上软件已在多个领域得到了应用（见http://www.zhjun-sci.com/software-abcluster-stories.php）。对于电子离域性极高的体系，或者没有力场的情况下，就需要直接使用量子化学的方法进行搜索。ABCluster合作最好的软件是Gaussian，但是Gaussian软件价格昂贵，并非每一个人都有，而且Gaussian最擅长的是DFT，这个方法在很多情况下还是很昂贵的。有没有一个即免费又快速，精度还高的方法呢？当然可以用MOPAC，但是虽然免费，还是略显老了一些。

幸运的是，德国的Grimme教授推出了一个新的半经验方法，叫做GFN-xTB。这个方法的软件是免费的，并且性价比相当高。配合ABCluster，几乎可以搜索所有种类的化学团簇。本文就将介绍一下如何用ABCluster和xBT来进行团簇的全局优化。

2 GFN-xTB

GFN-xTB是由德国的Grimme教授在2017年推出的一个半经验量子化学方法(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.7b00118)，这个方法经过了大量测试，据称精度超过了PM6-D3H4X，DFTB等。虽然绝对精度肯定不能和精确从头算相比，但是据作者称，其几何结构十分准确。这个方法的软件是免费的，并且是黑箱式软件，极其好用，甚至可以加上溶剂效应。因此，这个方法十分适用于对复杂体系的初步研究。而且，由Grimme这个金字招牌做保证，方法总不会太差的~
获取方法：向xtb@thch.uni-bonn.de发信请求软件，几天之后就可以收到一个压缩包叫做xtb_exe.tgz，解压后有三个可见的文件：HOWTO，REVISION和主要程序xtb。另外还有一些隐藏文件如.param, .param_gbsa_h2o等。这些隐藏文件最好放在$HOME下，而HOWTO，REVISION，xtb可以放在任意位置，只要$PATH找得到它们即可。

3 ABCluster

ABCluster的用法可以参见http://www.zhjun-sci.com/software-abcluster-download.php上面列的手册和教程，这里不再赘述，下面我们只以两个例子为例，一步步的列出如何用xtb和ABCluster搜索团簇。

4 例子： Cu4O4

铜氧化合物在理论上是一类非常重要的对象。这里我们想知道Cu4O4分子的结构可能是什么样的。
这个任务十分容易，只要用isomer就可以解决，只要一个输入文件：cu4o4.inp：
===cu4o4.inp==============================================
cu4o4       # Result file name
Cu 4 O 4    # Cluster file name
cube 4 3 3 # Structure types
100          # Maximal number of calculations
>>>>
cp $inp$ $xxx$.xyz
xtb $xxx$.xyz -opt > $xxx$.out
cp xtbopt.coord $out$
>>>>

======================================================

各行意义：
1 表示搜索到的结构保存到名为cu4o4的文件夹中；
2 表示团簇有4个Cu,4个O。
3 表示初始猜测为一个4x3x3的cube （具体可以参见手册）。
4 表示进行100次搜索。
5-9 搜索的命令。其中xtb $xxx$.xyz -opt > $xxx$.out 表示用xtb进行几何优化。

现在只要执行： nohup isomer cu4o4.inp > cu4o4.out &即可搜索。如果你有一个8核的电脑，估计10分钟就可以搜索完毕。打开cu4o4.out，在最后发现：
===cu4o4.out============================================

Reordered from low to high energy:
===============================================================
#       Energy
===============================================================
14 -36.76946990
82 -36.76946979
19 -36.76946976
88 -36.76931569
13 -36.73478327
75 -36.72750181
38 -36.72639343
98 -36.71808476
97 -36.71808476
71 -36.71807786
.......
======================================================

可见，14号结构的能量最低，打开cu4o4-LM/14.xyz,发现结构是一个准平面结构。当然，为了更可靠的研究，建议把14，88，13等几个低能量的结构提取出来，再用精确的方法，如DFT，MP2，CCSD等进行进一步研究。
(, 下载次数 Times of downloads: 76)

5 例子： (H2O)5(CO)
这个例子用来演示如何用lego和xtb搜索分子团簇：(H2O)5(CO)。我们准备H2O和CO的两个文件：
=====co.xyz=============================================
2
CO
C 0 0 0
O 0 0 1.4

======================================================

=====h2o.xyz============================================
3
water
O                0.00000000 0.00000000 0.21451132
H                0.00000000 0.75695033 -0.37137096
H                0.00000000 -0.75695033 -0.37137096

======================================================

一个团簇组成文件：
====x.cluster=============================================
2
co.xyz 1
h2o.xyz 5

======================================================

最后就是inp输入文件：
====x.inp===============================================
x                      # Result file name
x.cluster             # Cluster file name
cube 2.5 4 3 3 # Structure types
100                   # Maximal number of calculations
>>>>
cp $inp$ $xxx$.xyz
xtb $xxx$.xyz -opt  > $xxx$.out
cp xtbopt.coord $out$
>>>>

======================================================
运行：
nohup lego x.inp > x.out &

计算结束后查看一下：
====x.out===============================================
Reordered from low to high energy:
===============================================================
#       Energy
===============================================================
84 -35.64396081
76 -35.64198381
89 -35.64171515
96 -35.64160573
57 -35.64142123
61 -35.64135894
39 -35.64097108
47 -35.64097031

...
======================================================
能量最低的团簇是x-LM/84.xyz，结构如下：
(, 下载次数 Times of downloads: 72)

6 总结
xtb是一个性价比很高的方法，速度很快，精度也可以接受。对于没有力场而量子力学又很贵的团簇，ABCluster+xtb是一个十分明智的选择。

作者
Author: helpme 时间: 2017-6-2 12:29
支持！

作者
Author: ruanyang 时间: 2017-6-2 13:00
学习了，很有用

作者
Author: 我本是个娃娃 时间: 2017-6-2 16:11
可以分享一下GFN-xTB这个软件包吗？向Grimme教授发了邮件，但是没有回应

作者
Author: 1130240115 时间: 2017-6-2 23:25
谢谢分享

作者
Author: ikea1984 时间: 2017-6-3 00:20
大佬手真快。。。刚看见JCTC上的xTB的文章还想能不能搞点啥，这都已经铺好路了

作者
Author: coolrainbow 时间: 2017-6-3 05:44

我本是个娃娃发表于 2017-6-2 16:11
可以分享一下GFN-xTB这个软件包吗？向Grimme教授发了邮件，但是没有回应

不知道你等了多久，我是等了一个星期才收到回复的。你可以再等等。如果还没有回应我可以给你发一个

作者
Author: 我本是个娃娃 时间: 2017-6-3 09:52

coolrainbow 发表于 2017-6-3 05:44
不知道你等了多久，我是等了一个星期才收到回复的。你可以再等等。如果还没有回应我可以给你发一个

5月19日发送的邮件，至今仍没有回音，望大佬发送到这个邮箱：979170845@qq.com，万分感谢

作者
Author: jiangning198511 时间: 2017-6-3 09:57

我本是个娃娃发表于 2017-6-3 09:52
5月19日发送的邮件，至今仍没有回音，望大佬发送到这个邮箱：，万分感谢

是否应该用学校邮箱，QQ邮箱他们不知道

作者
Author: 我本是个娃娃 时间: 2017-6-3 09:59

jiangning198511 发表于 2017-6-3 09:57
是否应该用学校邮箱，QQ邮箱他们不知道

上次我咨询sTDA的时候用的就是这个邮箱，他们也回复了，而且就隔了一天，是程序师克里斯托弗给我回复的，说是代表Grimme教授

作者
Author: ikea1984 时间: 2017-6-22 09:58
ABCluster的isomer模块感觉只会对给定模式的初始构型进行一次优化，并不会像CALYPSO那样开展PSO搜索，感觉不靠谱啊，还是我不会用？

作者
Author: yjr 时间: 2017-7-10 08:41
本帖最后由 yjr 于 2017-7-11 09:43 编辑

coolrainbow 发表于 2017-6-3 05:44
不知道你等了多久，我是等了一个星期才收到回复的。你可以再等等。如果还没有回应我可以给你发一个

已收到程序包！

作者
Author: hakuna 时间: 2017-7-11 18:37

ikea1984 发表于 2017-6-22 09:58
ABCluster的isomer模块感觉只会对给定模式的初始构型进行一次优化，并不会像CALYPSO那样开展PSO搜索，感觉 ...

calypso一样要有初始结构，只不过搜索用了GA，ABC...用AB，其实不管蚂蚁、鸽子之类的都差不多

作者
Author: get-it 时间: 2017-7-12 09:15
xBT能算分子晶体吗

作者
Author: gaussian08 时间: 2017-7-19 12:49
我写信了一直没有收到软件，能否发我邮箱一份dongkun@ipe.ac.cn，非常感谢

作者
Author: 局部的人 时间: 2017-11-15 13:47
信谢谢张老师~

作者
Author: ttxx 时间: 2017-12-12 11:08
本帖最后由 ttxx 于 2017-12-12 15:57 编辑

老师厉害

作者
Author: Daniel_Arndt 时间: 2019-6-7 00:34
张老师，我想问一下，lego模块使用的$out$文件的格式要求。我知道这是一个xyz格式的文件，我想了解一下这个文件是不是要求第二行只有能量的数值，除此之外没有任何字符？我是想用lego结合xTB搜索一下一个药物分子在溶剂中形成的团簇。

作者
Author: yjmaxpayne 时间: 2019-6-7 16:40
越来越强大了哈，看来可以很好的拿来做分子团簇的研究了。 XTB的非键相互作用也是很不错的。

作者
Author: 莫落 时间: 2019-6-10 11:37

coolrainbow 发表于 2017-6-3 05:44
不知道你等了多久，我是等了一个星期才收到回复的。你可以再等等。如果还没有回应我可以给你发一个

你好！我也没有收到回复，请问是否可以分享一下GFN-xTB这个软件包吗？我的邮箱是475161626@qq.com

作者
Author: 薛定谔的老猫 时间: 2019-10-30 09:04
您好，在超算上面安装ABcluster和xTB之后进行原子团簇的搜索，按照您上面给出的第一个例子测试，但是输出文件中没有能量，最后面按照能量重新排列的时候，能量一栏显示的是nan，提示找不到xtb.coord 文件，我又试着把调用xtb优化命令中的xxx用cu4o4替换，但是还是一样的错误，请问是什么原因呢？感谢！

作者
Author: archer 时间: 2020-9-24 15:43
回复楼上：
查看当前路径下的*.gjf是空的，原因是.inp中的 gaussian2xyz和xyz2gaussian路径不对。错误信息在nohup.out里查看

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