Materials Studio计算AIMD

deepseek真是太方便了，记在这里留作备份。

如何在 Materials Studio (CASTEP) 中计算并绘制这种 MD 能量-时间演化图：

设置并运行 MD 模拟：
- 构建你的结构模型。
- 进入 Modules > CASTEP > Calculation。
- 在 Setup 标签页：
  - Task：选择 Molecular Dynamics。
  - 设置 Functional, Pseudopotentials, Energy cutoff, k-point set 等电子结构参数。
- 在 Properties 标签页 (或 Job Description 下找到 MD 相关设置，不同版本位置略有差异):
  - Molecular Dynamics 子标签页：
    - Ensemble: 选择系综 (如 NVE, NVT, NPT)。
    - Temperature: 设置目标温度 (对于 NVT/NPT)。
    - Number of steps: 设置总的 MD 步数。
    - Timestep: 设置每个 MD 步的时间步长 (单位 fs)。这是关键！它决定了时间分辨率 (横坐标 Time = Step Number * Timestep)。
    - Thermostat: 选择控温方法 (如 Nose-Hoover 用于 NVT/NPT)。
    - Barostat: 选择控压方法 (如 Andersen 用于 NPT)。
  - Electronic 标签页：
    - 设置 SCF 收敛标准 (Energy Tolerance, Max SCF Cycles)。MD 中通常可以比静态计算稍微宽松一些以提高效率，但要确保能量和力足够准确以保证动力学稳定性。
    - 设置 Smearing (对金属或小带隙体系很重要)。
- 在 Job Control 标签页设置计算资源。
- 关键：确保输出设置包含能量历史！
  - 通常 CASTEP 的 MD 任务默认会在输出文件 .castep 和专门的 .md 文件 (或 .geom 文件) 中记录每个时间步的能量信息。检查 Properties 或 Job Description 下是否有关于输出频率的设置，确保能量是每一步都输出或按你需要的频率输出。
- 点击 Run 提交计算。
获取能量-时间演化数据：
- 方法 1：查看 .castep 输出文件 (包含摘要信息)
  - 计算完成后，打开 .castep 文件。
  - 搜索关键词如 Molecular Dynamics: 或 Step, Time(fs), E(eV)。
  - 通常会找到一个汇总了关键量随时间变化的表格，可能包含：
    - Step： MD 步数
    - Time(fs)：累积的模拟时间 (飞秒)
    - E_pot(eV)：势能 (即 Kohn-Sham 总能量)
    - E_kin(eV)：动能
    - E_tot(eV)：总能 (E_pot + E_kin)
    - Temperature(K)：瞬时温度
    - Pressure(GPa)：瞬时压力 (如果系综允许)
  - 手动复制或编写脚本解析这个表格，提取 Time(fs) 和 E_tot(eV) (或其他你感兴趣的能量分量) 两列数据。
- 方法 2：查看 .md 文件 (主要推荐 - 包含更完整的历史记录)
  - 在 Project Explorer 中找到与计算同名的 .md 文件 (或 .geom 文件，取决于设置)。
  - 这个文件是纯文本文件，专门记录 MD 轨迹每一步的详细信息。
  - 文件格式通常是每行对应一个 MD 时间步，包含多个列。前几列通常就是：
    - 步数(Step)
    - 时间(Time(fs))
    - 势能(Potential Energy(eV))
    - 动能(Kinetic Energy(eV))
    - 总能量(Total Energy(eV))
    - 温度(Temperature(K))
    - 系统体积(Volume(Å³)) (如果系综允许)
    - 压力(Pressure(GPa)) (如果系综允许)
    - 最大原子位移(Max Displacement(Å))
    - 最大力(Max Force(eV/Å))
  - 这是获取 时间(Time(fs)) 和 能量(Energy(eV)) 数据最直接、最完整的方式。
  - 用文本编辑器打开 .md 文件，查看其列格式。确认 Time(fs) 和 Total Energy(eV) (或 Potential Energy(eV)) 所在的列号。
  - 你可以：
    - 手动复制 所需列的数据。
    - 使用 脚本 (Python, Perl 等) 或 文本处理工具 (awk, sed) 提取指定列。
    - 将 .md 文件导入 Excel 或 Origin 等软件，分隔列后选择 Time(fs) 和 Energy(eV) 列作图。
- 方法 3：使用 MS Analysis 功能 (可视化, 可能需额外处理)
  - 计算完成后，在 Project Explorer 中右键点击你的 .castep 结果文件或包含该结果文件的文件夹。
  - 选择 CASTEP > Analysis。
  - 在弹出的 CASTEP Analysis 对话框中：
    - 在左侧面板选择 Molecular Dynamics。
    - 在右侧 Properties 标签页下，你会看到各种可分析的物理量随时间的变化。
    - 勾选你感兴趣的能量项：Total energy (总能 E_tot), Potential energy (势能/KS 能量 E_pot), Kinetic energy (动能 E_kin)。
  - 点击 View 按钮。
  - 结果： MS 会打开一个新的 Chart 窗口。默认情况下，这个图表的横坐标 (X) 通常是 Step (MD 步数)，而不是 Time (fs)！
  - 如何得到横坐标为 Time (fs) 的图？
    - 在 Chart 窗口中，右键 -> Chart Properties。
    - 转到 Axes 选项卡。
    - 选择 X Axis。
    - 在 Data 部分，找到 Property 下拉菜单。默认可能是 Step。
    - 将其更改为 Time (fs)！ (这个选项应该存在于下拉列表中，因为 .md 文件包含时间数据)。
    - 选择 Y Axis，确保 Property 是你需要的能量项 (Total energy (eV), Potential energy (eV), Kinetic energy (eV))。
    - 点击 OK。
  - 现在图表应该显示为 Energy (eV) vs Time (fs)。
  - 导出数据： 在图表窗口中，右键 -> Save Data As... 可以将图表数据（包括时间 Time (fs) 和对应的能量值）保存为文本文件（如 .txt, .csv）。

总结与关键点：

区分图类型： 您想要的图 (Time (fs) vs Energy) 是 分子动力学模拟结果，反映原子核运动过程中体系能量随时间的变化。我之前解释的图 (Iteration vs Energy) 是 SCF 收敛过程，反映电子弛豫过程。
计算任务： 必须设置并运行 Molecular Dynamics 任务。
关键设置： 设置 Number of steps 和 Timestep (fs)。Timestep 决定了时间分辨率 (Total Time = Steps * Timestep)。
数据来源： 主要从 .md 文件 (或 .geom) 中提取数据。它包含每一步的 Time (fs) 和各种能量 (E_pot, E_kin, E_tot)。
可视化： 使用 MS Analysis (CASTEP > Analysis > Molecular Dynamics) 时，务必在 Chart Properties 中将 X 轴属性从默认的 Step 手动改为 Time (fs) 才能得到您描述的图。
能量含义：
- Potential Energy (E_pot)：通常就是该时刻原子构型下的 Kohn-Sham 总能量 (由该时间步的 SCF 计算得到)。
- Kinetic Energy (E_kin)：所有原子的动能之和。
- Total Energy (E_tot)： E_pot + E_kin。在 NVE 系综 (微正则系综) 下，这个总能应该守恒（围绕一条水平线小幅波动）。在 NVT/NPT 系综 (正则/等温等压系综) 下，E_tot 会波动，但平均动能（温度）或平均势能/体积会被控温控压算法约束。

通过分析 MD 的能量-时间演化图，你可以：

(NVE) 检查总能是否守恒（判断模拟是否稳定、时间步长是否合适）。
(NVT/NPT) 观察体系是否达到热平衡（能量、温度、压力等围绕平均值波动）。
研究特定过程（如化学反应、相变）中的能量变化。
计算各种系综下的热力学平均值和涨落。

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