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【CP2K】01.基础

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初步认识CP2K，主要介绍&GLOBAL部分

运行cp2k

使用MPI运行cp2k：

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mpirun -n 2 cp2k.popt -i argon.inp -o out_ex0.out
  • -i <input_file>：如果是最后一个参数，-i可以省略
  • -o <output_file>：输出文件名

安装vim插件规范.inp文件

  1. 如果下载失败，可以直接从http://manual.cp2k.org/trunk/cp2k.vim下载到 ~/.vim/syntax中

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    mkdir -p ~/.vim/syntax
    wget -O ~/.vim/syntax/cp2k.vim http://manual.cp2k.org/trunk/cp2k.vim

  2. 再在~/.vim/下新建filetype.vim，输入：

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    if exists("did_load_filetypes")
       finish
    endif
    augroup filetypedetect
       au! BufNewFile,BufRead *.inp setf cp2k
    augroup END

语法折叠

在~/.vimrc中添加：

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au FileType cp2k setlocal foldlevel=99 foldmethod=indent
  • za：切换当前折叠级别的折叠
  • zA：递归切换所有折叠级别的折叠
  • zM：关闭当前缓冲区中的所有折叠
  • zR：打开当前缓冲区中的所有折叠

自动缩进

只更改指定文件类型cp2k的缩进，在~/.vimrc中添加：

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au FileType cp2k setlocal shiftwidth=1 tabstop=1

更改所有文件类型和缓冲区的缩进：

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set shiftwidth=1 tabstop=1
  • =G正确缩进文件的整个部分
  • =正确缩进文件的某个部分（区域）

inp语法

可以在cp2k目录下，通过grep -iR 关键词 ~/tests来查询相关的输入文件。（tests目录中的输入文件主要是用来测试程序运行的正常与否，往往使用了不合理的参数）

  • 主要结构如下，可以在其中嵌套多个&SECTION和&END SECTION

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    &SECTION
    	KEYWORD PARAMETER
    &END SECTION

  • 语法

    • @INCLUDE ’filename’：从文件中读取文本:q
    • @SET VAR value：定义变量
    • @VAR：变量
    • @IF/@ENDIF：简单的逻辑
    • #：注释

  • 单位的设定：（可供的单位有：https://manual.cp2k.org/cp2k-7_1-branch/units.html）

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    #默认是angstrom，也可以设置bohr等等
    ABC [nm] 100 100 100
    #默认是hatree，设置Ry等等
    EMAX_SPLINE [eV] 50
    #也可以一起用
    [hatree*bohr^2]

&GLOBAL

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&GLOBAL
	PROJECT H2O-32
	RUN_TYPE MD
	PRINT_LEVEL HIGH
	&TIMINGS
		THRESHOLD 0.000001
	&END
	WALLTIME 3600
&END GLOBAL
  • PROJECT：任务名称，等同于PROJECT_NAME，CP2K自动生成的所有输出文件都将以这个名称开头。
  • RUN_TYPE：任务类型
    • ENERGY：计算当前结构的能量。对于DFT 来说，就是一个SCF 计算。
    • ENERGY_FORCE：计算当前结构的能量，同时计算出每个原子上的梯度（即受力）。
    • BAND：使用band方法来进行最低能量路径(MEP)以及反应过渡态的搜索，通常可以使用的方法有CI-NEB, IT-NEB等方法。
    • MD：Molecular Dynamics分子动力学模拟
    • CELL_OPT：晶胞参数的优化。
    • GEO_OPT：对当前结构进行几何结构的优化，以获得当前结构对应的局部极小点或者过渡态。GEO_OPT 有两种类型，一种是MINIMIZATION，即优化到极小点；一种是TRANSITION_STATE，即优化到过渡态。过渡态的优化采用Dimer方法来实现。
    • VIBRATIONAL_ANALYSIS：对当前结构进行振动分析。频率计算可以计算部分原子的频率（INVOLVED_ATOMS），也可以计算某一频率范围内的频率计算（MODE_SELECTIVE）。
  • PRINT_LEVEL：输出内容级别，可以是SILENT、MEDIUM（默认）、LOW、HIGH等。还可以在输入文件中的每个小节来控制单独的输出级别。
  • &TIMINGS：在CP2K执行结束时控制时序报告的打印
    • THRESHOLD：阈值
  • WALLTIME：此运行的最大执行时间。时间以秒为单位或以HH：MM：SS为单位。

&FORCE_EVAL

计算能量和力并描述您要分析的系统所需的参数。

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&FORCE_EVAL
	METHOD QS
	&DFT
		...
	&END DFT
	&SUBSYS
		...
	&END SUBSYS
&END FORCE_EVAL
  • METHOD：使用哪种方法来计算力
    • QS：默认，同QUICKSTEP
    • FIST：分子力学
    • QMMM：Hybrid quantum classical

&MOTION

定义了一组与原子核运动有关的工具。

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&MOTION
	&MD
		ENSEMBLE NVE
		STEPS 10
		TIMESTEP 0.5
		TEMPERATURE 300.0
	&END MD
&END MOTION

输出文件

  • PROGJECT-1.restart：重启计算的输入文件
  • PROGJECT-pos-1.xyz：MD或结构优化的轨迹
  • PROGJECT-1.ener：MD能量、温度……
  • PROGJECT-1.cell：cell参数
  • PROGJECT-RESTRAT.wfn：重启计算的轨道
有用可戳(●ˇ∀ˇ●)