Device Studio（簡(jiǎn)稱：DS）作為鴻之微的材料設(shè)計(jì)與仿真軟件，能夠進(jìn)行電子器件的結(jié)構(gòu)搭建與仿真；能夠進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)和納米器件的建模；能夠生成科研計(jì)算軟件 Nanodcal、Nanoskim、MOMAP、RESCU、DS-PAW、BDF、STEMS、TOPS、PODS、VASP、LAMMPS、QUANTUM ESPRESSO、Gaussian的輸入文件并進(jìn)行存儲(chǔ)和管理；可以根據(jù)用戶需求，將輸入文件傳遞給遠(yuǎn)程或本地的計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，并控制計(jì)算流程；可以將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化顯示和分析。

本期繼續(xù)介紹Device Studio應(yīng)用實(shí)例之Nanodcal應(yīng)用實(shí)例下半部分的內(nèi)容。

8.1.5.Nanodcal連接服務(wù)器

生成輸入文件之后需要計(jì)算，計(jì)算之前需連接裝有Nanodcal的服務(wù)器。如連接裝有Nanodcal的內(nèi)蒙A區(qū)超算服務(wù)器，則可在如圖8.1-6所示界面中點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，彈出MachineOptions界面，在MachineOptions界面中點(diǎn)擊內(nèi)蒙A區(qū)，點(diǎn)擊Select則連接好裝有Nanodcal的內(nèi)蒙A區(qū)超算服務(wù)器。同理，若要連接裝有Nanodcal的本地電腦，則在圖8.1-6中所示的MachineOptions界面上選中MyComputer，點(diǎn)擊Select即可。

若用戶想要添加新的裝有Nanodcal的服務(wù)器，在如圖8.1-7所示界面中點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，彈出MachineOptions界面，在該界面中點(diǎn)擊New按鈕，彈出MachineSet界面，在該界面中填寫Computer Name、HostIp、Port、Username、Password等一系列信息，點(diǎn)擊OK按鈕則在MachineOptions界面中添加了裝有Nanodcal的服務(wù)器。

圖8.1-6: 連接服務(wù)器操作界面

圖8.1-7: 添加并連接新的超算服務(wù)器操作界面

8.1.6.Nanodcal計(jì)算

8.1.6.1.Nanodcal自洽計(jì)算

在做自洽計(jì)算之前需查看計(jì)算所需的輸入文件（scf.input）和基組文件（C_PBE-DZP.nad和H_PBE-DZP.nad）是否齊全，再根據(jù)計(jì)算需要打開scf.input文件并查看文件中的參數(shù)設(shè)置是否合理，若不合理，則可選擇直接在文件中進(jìn)行編輯或重新生成，最后再進(jìn)行自洽計(jì)算。具體步驟如下：

（1）連接裝有Nanodcal的服務(wù)器。

（2）檢查自洽計(jì)算所需的輸入文件（scf.input）和基組文件（C_PBE-DZP.nad和H_PBE-DZP.nad）是否齊全。選中scf.input→ 右擊 →Open with即可查看到Benzene分子自洽計(jì)算輸入文件如下所示：

圖8.1-8: Run界面

（3）在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中scf.input→ 右擊 →Run，彈出Run界面如圖8.1-8所示。根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置參數(shù)后點(diǎn)擊Save按鈕保存相應(yīng)的腳本，之后點(diǎn)擊如圖8.1-8所示界面中的Run按鈕則可做Benzene分子的自洽計(jì)算。用戶可在Job Manager區(qū)域中觀察自洽計(jì)算狀態(tài)，當(dāng)自洽計(jì)算任務(wù)處于排隊(duì)中、計(jì)算中和計(jì)算完成時(shí)，Status分別為Queued、Running、Finished；在計(jì)算過(guò)程中，用戶可根據(jù)需要點(diǎn)擊刷新按鈕，通過(guò)Commit Status、Status可查看到自洽計(jì)算的計(jì)算進(jìn)度和計(jì)算狀態(tài)；計(jì)算完成后Device Studio的Job Manager區(qū)域如圖8.1-9所示，點(diǎn)擊Action下的下載按鈕彈出下載Benzene分子自洽計(jì)算結(jié)果界面如圖8.1-10所示，在該界面找到自洽計(jì)算的結(jié)果文件NanodcalObject.mat，點(diǎn)擊下載按鈕則可下載，下載后可在軟件的Project Explorer區(qū)域查看到該結(jié)果文件。

圖8.1-9: Benzene分子自洽計(jì)算完成的Device Studio的Job Manager區(qū)域

圖8.1-10: 下載Benzene分子自洽計(jì)算結(jié)果界面

8.1.6.2.Nanodcal本征態(tài)計(jì)算

本征態(tài)計(jì)算需調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果，故需先做自洽計(jì)算，再做本征態(tài)計(jì)算。本算例已經(jīng)做過(guò)自洽計(jì)算，則不需要再做自洽計(jì)算，直接調(diào)用自洽計(jì)算結(jié)果做本征態(tài)計(jì)算即可。Benzene分子的本征態(tài)計(jì)算的具體步驟如下：

（1）連接裝有Nanodcal的服務(wù)器。

（2）選中EigenStates.input→ 右擊 →Open with即可查看到Benzene分子本征態(tài)計(jì)算輸入文件如下所示：

（3）在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中EigenStates.input→ 右擊 →Run，彈出Run界面如圖8.1-8所示。根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置參數(shù)后點(diǎn)擊Save按鈕保存相應(yīng)的腳本，點(diǎn)擊界面中的Run按鈕則可做Benzene分子的本征態(tài)計(jì)算，計(jì)算完成后下載本征態(tài)計(jì)算結(jié)果文件EigenStates.dsf。

8.1.7.Nanodcal本征態(tài)的可視化分析

對(duì)于本征態(tài)的可視化分析有3種情況，分別為3維（3D）、2維（2D）和1維（1D），3種可視化分析可自由切換，其中2D的可視化分析又分為平面顯示和立體顯示2種情況，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

8.1.7.1.本征態(tài)的3D可視化分析

在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中本征態(tài)計(jì)算結(jié)果文件EigenStates.dsf→ 右擊 →Show View，彈出本征態(tài)的3D可視化分析界面如圖8.1-11，由圖8.1-11可知，用戶可根據(jù)需要選擇在可視化分析結(jié)果中是否顯示該體系的結(jié)構(gòu)信息以及顯示該結(jié)構(gòu)信息的方式；可選擇是否顯示Lattice框以及顯示Lattice框的方式（分子結(jié)構(gòu)沒有Lattice框，故本算例中無(wú)法使用該功能）；可通過(guò)改變Isovalue值來(lái)改變本征態(tài)3D可視化分析的形狀；可通過(guò)選擇如圖8.1-11中所示的紅色框選部分來(lái)選擇從不同平面來(lái)觀察本征態(tài)的3D可視化分析結(jié)果；可通過(guò)滾動(dòng)鼠標(biāo)中鍵將3D可視化分析結(jié)果放大或縮小；可按住鼠標(biāo)右鍵，通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)將3D可視化分析結(jié)果進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；可根據(jù)需要選擇不同的Colormap。在如圖8.1-11所示的界面中BandValues部分，用戶可通過(guò)下拉選擇顯示第幾條帶的本征態(tài)可視化分析結(jié)果。

圖8.1-11: Benzene分子本征態(tài)的3D可視化分析界面

選中如圖8.1-11所示界面中Export快捷圖標(biāo)，彈出導(dǎo)出可視化分析結(jié)果的圖形界面，用戶可根據(jù)需要選擇圖片的保存路徑和保存格式，并給所保存的圖片命名。

對(duì)于不是通過(guò)Device Studio計(jì)算本征態(tài)，但含有本征態(tài)計(jì)算結(jié)果文件EigenStates.dsf的用戶，可在如圖8.1-3所示界面中選中Simulator→Nanodcal→Analysis Plot，彈出導(dǎo)入本征態(tài)結(jié)果文件的圖形界面，在界面中選中本征態(tài)結(jié)果文件EigenStates.dsf，點(diǎn)擊打開按鈕即可彈出本征態(tài)的3D可視化分析界面。

8.1.7.2.本征態(tài)的2D可視化分析

圖8.1-11右側(cè)的Draw Model欄下的三個(gè)選項(xiàng)3D、2D和1D分別代表著計(jì)算結(jié)果的3D、2D和1D的可視化分析。若想對(duì)Benzene分子本征態(tài)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行2D的可視化分析，直接選中Draw Model欄下的2D按鈕即可切換成本征態(tài)2D的可視化分析界面如圖8.1-12所示。

由圖8.1-12可知，2D的可視化分析分為兩種情況，一種是平面顯示（Plane display），一種是立體顯示（Stereoscopic display），此刻選中的按鈕為Plane display，即圖3-12亦為average along x的Benzene分子本征態(tài)2D平面顯示的可視化分析結(jié)果。用戶可根據(jù)需要通過(guò)選擇Average direction欄下的3個(gè)按鈕中的average along x、average along y或average along z來(lái)選擇沿著x軸、y軸或z軸平均來(lái)查看并分析本征態(tài)的相關(guān)性質(zhì)；可根據(jù)需要選擇是否顯示Colorbar，選擇合適的Colormap，修改坐標(biāo)軸的取值范圍，修改標(biāo)題和坐標(biāo)軸的字體類型、字體大小以及字體是否加粗等。

圖8.1-12: Benzene分子本征態(tài)的2D可視化分析界面（平面顯示）

若想切換為立體顯示，直接選中如圖8.1-12中的Stereoscopic display按鈕即可，切換后的圖形界面如圖8.1-13所示，圖8.1-13亦為average along x的Benzene分子本征態(tài)2D立體顯示的可視化分析結(jié)果。對(duì)于如圖8.1-13圖中左側(cè)的圖像，用戶可通過(guò)滾動(dòng)鼠標(biāo)將圖像放大或縮??；可通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)使圖像發(fā)生任意角度和任意方向的旋轉(zhuǎn)；可通過(guò)按住鼠標(biāo)中鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)將圖像進(jìn)行平移。

圖8.1-13: Benzene分子本征態(tài)的2D可視化分析界面（立體顯示）

8.1.7.3.本征態(tài)的1D可視化分析

選中如圖8.1-13所示的Draw Model欄下的1D按鈕即可切換成1D的可視化分析界面如圖8.1-14所示，圖3-15亦為average in xy plane的Benzene分子本征態(tài)1D的可視化分析結(jié)果。用戶可根據(jù)需要選擇沿著不同的平面平均來(lái)觀察和分析本征態(tài)，修改圖像中線條粗細(xì)、坐標(biāo)軸取值范圍；可自行設(shè)置標(biāo)題和坐標(biāo)軸的標(biāo)注，同時(shí)可修改標(biāo)題、坐標(biāo)軸和標(biāo)注的字體類型和字體大小，以及是否給字體加粗；可根據(jù)需要設(shè)定導(dǎo)出本征態(tài)1D可視化分析結(jié)果的圖片的大小。

圖8.1-14: Benzene分子本征態(tài)的1D可視化分析界面

編輯：黃飛