问模拟分子的晶体结构用什么软件和方法

·MSPolymorph Predictor

Polymorph是一个算法集，目的是测定晶体的低能多晶型。此方法可以与实验衍射数据相关联或者仅仅使用材料的化学结构来实现此目的。 晶体的多晶型可能会导致不同的性质，因此判断哪种晶型更加稳定或者接近稳定态势非常重要的。在处理过程中微小的改变都会导致稳定性的大幅度变化。 Polymorph中的相似性挑选和聚类算法允许用户将相似模型归类，从而节省计算时间。

·MSMorphology

从晶体的原子结构来模拟晶体形貌。可以预测晶体外形，研发特殊效果的掺杂成分，控制溶剂和杂质的效应。

·MSX-Cell

已申请专利的X-Cell是一种全新、高效、综合、易用的指标化算法，它使用消光决定（extinction-specific）的二分法方法对参数空间进行详尽无遗的搜索，最终给出可能的晶胞参数的完整清单。在许多情况下显示出比DICVOL、TREOR 和 ITO更高的成功率。X-Cell可以很好的处理粉末衍射指标化中的许多难点，如样品含有杂质相、峰位重叠、零点偏移、极端形状的晶胞等。

·MSReflex

模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的谱图可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。粉末衍射指标化算法包括：TREOR90, DICVOL91, ITO and X-cell。结构精修工具包括Rietveld精修和Pawley精修。。

·MSReflex Plus

在Reflex标准功能的基础上加入已被广泛验证的Powder Solve技术，提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜索过程可以选用Monte Carlo模拟退火和Monte Carlo并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。

·MS Reflex QPA

利用粉末衍射数据及Rietveld方法进行定量相分析的强大工具，可以通过多相样品的粉末衍射图判定不同组成成分相对比例的。用于化学品或医药工业中有机或无机材料组成成分的确定。

量子力学

·MSDMol3

独特的密度泛函（DFT）量子力学程序，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、配分函数、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。基于内坐标的算法强健高效，支持并行计算。MS40版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。40版本起还可以进行动力学计算。

·MSCASTEP

先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟STM图像、计算电荷差分密度。MS40版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。40版本起还可以计算固体材料的红外光谱。

·MSNMR CASTEP

通过第一原理DFT理论预测NMR化学位移和电场梯度张量。方法适于计算包括有机分子、陶瓷和半导体在内的众多类型材料的分子、固体、表面的NMR位移。

·MSVAMP

半经验的分子轨道程序，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一原理方法。快速的VAMP程序可以为DFT程序提供了良好的初始结构以便进行精确的结构优化。经DFT优化好的结构可以用VAMP来计算各种性质和光谱。VAMP还可以向分子动力学模拟提供参数。MS40 版本引入了ZINDO哈密尔敦函数，可计算包含过渡金属的有机金属体系的紫外光谱。

ZGMn13—1(C 110％～150％)是高猛铸钢，用于低冲击件，ZGMn13—2(C100％～140％)用于普通件，ZGMn13—3(C090％～130％)用于复杂件，ZGMn13-4(C090％~120％)用于高冲击件。以上4种牌号钢的锰含量均为110％～140％。 在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化。这是加工硬化的重要原因。另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。常规成分的高锰钢的形变硬化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。ε马氏体和形变孪晶的出现使钢难以变形，尤其是后者的作用更大。上述各种因素都使高锰钢的硬化层得到很高程度的强化，硬度大幅度提高。 高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻压方法加工。高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约为14()()℃)，钢的液、固相线温度间隔较小，(约为50℃)，钢的导热性低，因此钢水流动性好，易于浇注成型。高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1．5倍，为碳素钢的2倍，故铸造时体积收缩和线收缩率均较大，容易出现应力和裂纹。

层错是晶体面序列上的不规则性。因此，晶体基态结构中的层错与过剩的能量有关，称为层错能(SFE)。

在此，来自美国俄亥俄州立大学的Maryam Ghazisaeidi等研究者，重新讨论了层错能(SFE)的意义和致密合金中晶格位错平衡解离的假设。相关论文以题为“Stacking fault energy in concentrated alloys”发表在Nature Communications上。

论文链接：

https://wwwnaturecom/articles/s41467-021-23860

SFE测量了相对于另一个原子平面的剪切能量成本，因此，直接与晶体对变形的响应有关。根据Frank法则，在晶格位错分解为部分位错以降低弹性能的过程中，会产生层错。因此，层错区域的大小(部分位错之间的距离)，是由部分位错之间的排斥性弹性相互作用和它们之间产生层错的能量之间的平衡所决定的，即SFE。 在面心立方(fcc)晶体中，SFE和位错的解离宽度会影响位错的迁移率、交叉滑移的能力和孪晶的形成，所有这些因素都决定着晶体的力学行为。

通过合金化引入化学变化，进一步影响SFE，进而影响力学响应。在fcc晶体中，层错区域以部分位错为界，由两个具有六方致密排列(hcp)结构的原子平面组成。Suzuki等人研究表明，该区域溶质的平衡浓度可能与平均体积浓度不同。溶质向或从层错区偏析或耗尽，改变了SFE，进而影响位错行为。而这种现象，已在许多合金体系中广泛观察到。

随着合金的成分变得更加复杂，例如，在不锈钢或高温合金中，SFE的合金化效应，在决定相互竞争的变形机制中起着更加突出的作用。例如，钢中马氏体相变和机械孪生等二次变形模式的激活均与SFE直接相关。随着SFE的减小，变形机制由位错滑移向位错滑移和孪晶(孪生诱导塑性效应或TWIP效应)转变为位错滑移，γfcc转变为ϵhcp马氏体相变(相变诱导塑性效应或TRIP效应)。

高熵合金(HEAs)将成分的复杂性带到一个新的极端。HEAs是等浓度或接近等浓度的多组分合金，其中溶质和溶剂的概念不存在。在这种情况下，SFE很可能受到局部原子构型的影响，因为一些原子键比其他原子键更难打破。Smith等人观察了CoCrNiFeMn中层错宽度沿位错线的局部变化，证明了HEAs中局部效应的重要性。

但在这里，有两个基本问题急需解决：(1)SFE还能被认为是晶体特有的固有属性吗？(2)解离距离和位错迁移率仍然受SFE控制吗

鉴于此，研究者使用NiCo系统模型进行了计算演示，该模型完全可混溶，可以检测一系列成分和温度。此外，hcp和fcc的有利度以及SFE的符号可以通过改变成分来调整。此外，该体系不容易形成SRO，因此，可以将这种效应从随机合金中仅由成分波动引起的效应中分离出来。

研究表明，SFE在纯金属中具有独特的价值。然而，在超过稀释极限的合金中，SFE值的分布取决于局部原子环境。通常，部分位错之间的平衡距离是由部分位错之间的排斥性弹性相互作用和SFE的唯一值之间的平衡决定的。这种假设被用来从金属和合金中位错分裂距离的实验测量来确定SFE，通常与计算预测相矛盾。研究者在模型NiCo合金中使用原子模拟，研究了在具有正、零和负平均SFE的成分范围内的位错解离过程，令人惊讶的是，在所有情况下，在低温下都能观察到稳定的、有限的分裂距离。然后，研究者计算了去相关应力，并检查了部分位错的力平衡，考虑了对SFE的局部影响，发现即使SFE分布的上界在某些情况下也不能满足力平衡。此外，研究者还证明了在浓固溶体中，位错与局部溶质环境相互作用产生的阻力，成为作用于部分位错的主要力。在这里，研究者证明了高溶质/位错相互作用的存在，而这在SFE的实验测量中是不容易测量且容易忽略的，从而使得SFE的实验值不可靠。（文：水生）

图1 等原子CrCoNi介质熵合金离解位错的表征。

图2 晶格位错离解过程中能量的示意图变化。

图3 NiCo随机合金中边缘位错的解离。

图4 解离过程中作用在肖克利部分位错上的力。

图5 NiCo随机合金有限温度fcc-hcp自由能与局部层错能的比较。

图6 NiCo随机合金中边缘位错的去相关过程。

图7 fcc Co中存在部分位错的Ni溶质相互作用能图。

图8 溶质/位错相互作用的估计。

图9 解离过程中作用在肖克利部分位错上的各种力的图解演示。