理论计算系列课程汇总

庚子计算 能源学人 3天前

目 录




正 文


课程简介


随着量子理论和第一性原理计算方法的发展与各种计算程序的不断更新换代，理论计算在对实验现象的合理解释以及提高论文发表水准方面起到越来越重要的作用。对于想要专门做理论计算的高年级本科生和刚刚步入研究生阶段的同学来说，学校没有专门针对性的课程，网络信息又浩如烟海鱼龙混杂，如果没有人带领进行系统性学习，就很容易误入歧途，浪费宝贵的研究生时间。而对于专攻实验的同学来说，寻找优秀的理论计算合作者往往比较困难，如果沟通不好还会浪费双方的时间与精力。而自己进行计算虽然没有这种顾虑，又往往对复杂的理论心生畏惧，无从下手。

计算在化学和物理科学中的地位越来越重要，最近 20 年有关密度泛函理论 ( DFT ) 计算的文章飞速增长，能够自己掌握理论计算也成为发表 top 期刊的一大秘诀。该系列课程就是在理论计算席卷学术圈的大背景推出，给想要入门理论计算的同学和老师提供了一条捷径。

课程系列：

「固体与表面理论计算培训班」分为初级班和中级班。中级班又分为表面科学计算方向和材料科学计算方向。初级班针对 0 基础（此 0 基础是指有本科物理或者化学专业基础课的知识背景）的学员，涵盖了第一性原理计算基础知识和常见的计算方法，是学习第一性原理计算入门最快最有效的方法。中级班则采用分专题的方式讲授，课程的深度广度都比初级班增加不少，强烈建议在参加中级班之前先学习初级班内容。三个课程的涵盖内容可以用如下的图表示：



初级班详细详细内容介绍：
链接：固体与表面理论计算初级培训班
表面场中级班详细内容介绍：
固体与表面理论与计算中级培训班 - 表面场
固体场中级班详细内容介绍：
固体与表面理论计算中级培训班 —— 固体场



课程安排

由于疫情影响，线下培训课程暂停进行。


线上课程安排如下：

（付费购买课程请加微信：ccl2098，备注计算课程购买）


1、单原子催化中的动态催化理论（免费）

主讲人：刘老师（清华大学博士，长期从事表面催化和材料计算研究，对量化计算，第一性原理计算，分子动力学模拟有六年研究经验。）
课程时间：
2月09号 14:30 - 15:30（1次课，1-2 h）
2月26号 19:30 - 20:30（1次课，1-2 h）
费用：免费
主要内容：
单原子催化与电化学制备单原子催化方法（入群回看）
以讲故事的形式，讲解从80年代到现在，科学家如何一步一步揭开动态催化理论的面纱，未来的催化发展方向预测，以及AIMD在催化计算中的应用。
  • 非原位的实验表征手段忽略了什么？
  • 实际反应条件下的催化剂形态如何确定？
  • AIMD为何能在动态催化理论中大显身手？
  • 未来表面催化计算研究路在何方？

扫码进入顶顶群看课程回放：


2、钙钛矿材料电子结构、光学性质、力学性质计算以及常见雷区分析（99 元）

主讲人：唐老师（比利时列日大学博士后。目前是多个理论计算平台(学术之友微信公众号、DFT 计算之家 QQ 群等)的运营者，关注粉丝量超过万人。主要从事偏固体物理方向的理论计算。其中第一作者论文发表在 J. Phys. Chem. Lett.，J. Mater. Chem. C 等国际期刊上，具有多次线下软件安装和计算培训的经验，培训学员超过 300 人。）

时长：2 - 3 h

费用：99元


内容介绍：

以钙钛矿材料为例，结合典型文献，着重剖析这些计算常见雷区，讲解：

  • 电子结构
  • 光学性质
  • 力学性质计算

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量子化学入门课程
本课程针对量子化学计算零基础的科研工作者，希望通过对常见量子化学方法、基组以及常见的计算任务的讲解，使学员能够掌握常见的量子化学计算任务，以应用在自己的科研中，提升科研成果的档次。在本课程中，讲授者将把方法的介绍与实际程序的使用进行穿插介绍，尽量避免长篇枯燥的理论介绍。本课程的授课计划如下：


一、绪论
介绍量子化学的发展概况，比较量子化学计算与分子模拟和第一性原理计算的区别；文献中理论计算的应用举例；文献中常见错误举例，以强调掌握原理的重要性，而不是仅学会如何操作计算软件；量子化学计算工作者必备的常识；常见量子化学程序的介绍
 
二、常见量子化学方法简介
本课程仅涉及最最常用的Hartree-Fock方法、半经验方法、微扰方法、耦合簇方法和密度泛函理论，为节省时间，暂不介绍组态相互作用方法。在介绍每种方法的同时，介绍如何使用软件进行相应理论水平的单点能计算，并讲解如何从输出文件中获取相应的信息。
 
三、基组相关知识介绍
本节介绍量子化学计算中另一重要概念——基组，包括基组中的常见概念及基组文件介绍；常见类型的基组；赝势的介绍；量子化学计算中方法基组的选择；基函数的线性相关问题；基组重叠误差；能量的基组外推
 
四、建模工具及可视化程序简介
介绍如何获得体系的结构；常见建模及可视化程序的使用
 
五、结构优化
本节介绍势能面的概念以及势能面扫描的方法；能量极小点优化；过渡态优化；结构优化中不收敛及其他问题的解决；IRC分析；频率计算、振动分析、热力学量计算
 
后续课程
溶剂化效应、激发态计算


主讲人：倪老师 (美国阿肯色大学、南京大学博士，八年量子化学计算研究经验，长期从事量子化学后HF方法的理论发展和程序开发与应用，在JCTC，JCC等顶尖理论计算专业期刊发表多篇论文)


费用：299元


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MD模拟：LAMMPS软件在金属材料中的应用

主要内容介绍：

  • LAMMPS输入文件in文件书写框架详细介绍

  • LAMMPS完整模拟流程介绍

  • 金属Ni的拉伸模拟以及可视化

  • 金属Ni的剪切模拟以及可视化

  • 金属Fe的辐照损伤模拟以及可视化

  • LAMMPS在聚变堆第一壁材料中的应用（解释实验和预测实验）

 

课程目标：

  • 知道如何用LAMMPS完成一次完整的MD模拟

  • 知道如何去书写LAMMPS的输入文件in文件

  • 初步掌握可视化软件OVITO的使用


课程视频集锦：




主讲人：魏老师（武汉大学博士，在核材料顶级期刊 journal of nuclear material 以及nuclear fusion上发文，并与实验合作在acta material上发文。同时运营“Lammps爱好者”公众号，原创30多篇lammps学习教程，有非常丰富的lammps使用教学经验，担当lammps线下讲师。）


费用：99 元


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MD模拟：GROMACS 基础与自由能计算专题课程

主讲人：裴老师 （天津大学，精通GROMACS、 Gaussian、 Multiwfn、 VMD/Mercury、 packmol/MS等计算程序。） 

费用：199元

内容介绍：

一、主要方法概述，Gromacs简介，分子动力学模拟原理简介，力场文件生成，输入文件详解，计算结果分析。

二、自由能微扰FEP方法，实例：水中甲烷溶解自由能的计算

三、热力学积分TI方法，实例：蛋白配体复合物的结合自由能

四、伞状采样US方法，实例：单个多肽从原丝纤维生长端的分离

五、MMPBSA方法，实例：蛋白配体复合物的结合自由能分解

六、更深入问题的建议参考资料


课后答疑

各种方法讲解的思路如下：


  • 基本原理思想
  • GROMACS中的计算流程
  • 相关文件及命令解释
  • 教程运行演示
  • 示例结果说明

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Python在科研中的应用

主讲人：何老师（中科大博士，德国德国于利希研究中心博士后。在表面电催化领域有6年研究经验，长期使用python帮助计算。在J. Phys. Chem. Lett.等国际期刊上发表多篇论文，在研之成理、知乎、bilibili等平台原创教程30多篇，有丰富的教学经验。）

课程时间：具体时间待定

费用：具体金额待定

内容介绍：

如今理论计算科研中，自行编程已经成为标配技能，尤其是python。利用现有程序包解放双手，实现各种功能

1. Python简单介绍

2. jupyter介绍

3. Python科学计算：Numpy， Scipy，Sympy

4. Matplotlib科学作图

5. Python数据库

6. Python在表面科学中的运用

 1. ASE

 2. Pymatgen

 3. surfgen

 4. Python文件信息抓取

7. 彩蛋：用Python将日常生活“自动化”


高性能计算平台配置指南


内容介绍：

• 相关概念介绍 

• 机器配置推荐 

• 系统部署建议

• 软件部署建议

特别说明 本课程假设用户会一点点linux指令行使用，如有演示操作，将会在Ubuntu18.04 桌面版进行。本课程不涉及Linux操作相关部分的教学。


• CPU密集型计算
• 读写密集型计算
• 并行计算与效率,附带GPU的并行计算

• 多线程共享内存并行
• 多节点分布式并行计算 • 存储
• 读写缓存
• 塔式、机架式， 双路、四路服务器

• 计算服务器配置原则与通用配置建议(结合预算考虑)

• 硬盘与分区考虑

• Linux系统安装设定

• 系统初始化设定 系统组件安装

• 示例 Gaussian16 安装


以下为部分课程讲义内容展示：






课程视频集锦：


主讲人：王老师 （吉林大学，十年理论计算化学研究经验和服务器运维经历，自己搭建和帮助课题组企业搭建高性能计算服务器，精通高性价比服务器和集群配置方案，多次线上授课经验。）

课程时长：2 - 3 h

费用：99元


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