mdkits 0.2.1

kits for md or dft

mdkits

mdkits 提供了多种工具, 安装脚本:

pip install mdkits --upgrade

通用的选项参数类型

1. CELL TYPE: 指定晶胞参数, 如10,10,10, 10,10,10,90,90,90等
2. FRAME RANGE: 指定帧范围, 如1, 1:10:2等
3. --group和--surface: 按选择语言选取分析对象
4. --update_water, --distance 和 --angle: 在分析轨迹的过程中开启动态更新水分子的功能

轨迹文件处理脚本

md为轨迹文件处理工具, 其中包含多个处理工具

密度分布

density用于分析体系中的某种元素沿z轴的密度分布, 如分析体系中的O元素沿z轴的密度分布:

mdkits md density [FILENAME] --group="name H" --cell [FILENAME]

这样会输出一个文件名为density_name_H.dat的文件, 第一列为z轴坐标, 第二列为浓度分布, 单位为 mol/L. 如果想输出为单位为 $g/cm^3$ 的密度分布, 可以指定--atomic_mass 选项, 如:

mdkits md density [FILENAME] --group="name H" --cell [FILENAME] --atomic_mass=1.00784

则输出单位为 $g/cm^3$ 的密度分布. 可以指定表面原子来将密度分布归一化到表面, 如:

mdkits md density [FILENAME] --group="name O" --cell 10,10,10 --atomic_mass=18.01528 --surface="name Pt and name Ru"

这样会将密度分布归一化到表面, 同时以O原子的位置作为水分子的位置分析处理水分子的密度分布. 对于体系中存在 $OH^-$ 离子的体系可以使用--update_water的选项在每一帧更新水分子的位置, 不需要额外指定元素, 如:

mdkits md density [FILENAME] --update_water --cell 10,10,10 --atomic_mass=18.01528 --surface="name Pt and name Ru"

输出的文件名为density_water.dat.

氢键

hb用于分析体系中的氢键, 如分析体系中的氢键在z轴上的分布:

mdkits md hb [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "prop z < 10" --update_water

或分析单个水分子的氢键:

mdkits md hb [FILENAME] --cell 10,10,40 --index 15

角度

angel用于分析水分子中的二分向量和OH向量与表面法向量的夹角的丰度分布, 如分析距离表面 5 Å 的水分子的角度丰度分布:

mdkits md angle [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "name Pt" --water_height 5

偶极分布

diople用于分析体系中的偶极($\cos \phi \rho_{H_2 O}$)分布, 如分析体系中的 $\cos \phi \rho_{H_2 O}$ 分布:

mdkits md diople [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "name Pt"

径向分布函数(RDF)

rdf用于分析两个group之间的径向分布函数, 如分析体系中的O元素与H元素之间的径向分布函数:

mdkits md rdf [FILENAME] --group "name O" "name H" --cell 10,10,40 --range 0.1 5

均方位移(MSD)

msd用于分析体系中某些原子的均方位移, 如分析体系中Li原子在z轴上的均方位移:

mdkits md msd [FILENAME] z "name Li"

监控

monitor用于监控体系中原子高度, 键长和键角的变化, 如监控index为0的原子的高度:

mdkits md monitor [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "name Pt" -i 0

会输出0距离表面的高度随每一帧的变化, 如监控0-1的键长:

mdkits md monitor [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "name Pt" -i 0 -i 1

会输出0和1距离表面的高度和0-1之间的键长随每一帧的变化, 如监控1-0-2的键角:

mdkits md monitor [FILENAME] --cell 10,10,40 --surface "name Pt" -i 1 -i 0 -i 2

会输出1, 0, 2距离表面的高度, 1-0和0-2的键长和1-0-2的键角随每一帧的变化, 注意位于角上的原子应该放在中间

位置归一化

wrap用于将轨迹文件中的原子位置进行归一化处理, 如将[FILENAME]中的原子位置归一化到晶胞中, 并输出为wrapped.xyz, 默认从cp2k的输出文件input_inp中读取ABC和ALPHA_BETA_GAMMA信息作为晶胞参数:

mdkits md wrap [FILENAME] 

或指定cp2k的输入文件:

mdkits md wrap [FILENAME] --cp2k_input_file setting.inp

或指定晶胞参数:

mdkits md wrap [FILENAME] --cell 10,10,10

默认的[FILENAME]为*-pos-1.xyz

DFT 性质分析脚本

dft为DFT性质分析工具, 其中包含多个分析工具

PDOS

pdos用于分析体系中的pdos, 分析[FILENAME]的d轨道的dos:

mdkits dft pdos [FILENAME] -t d

CUBE 文件

cube用于处理cube格式的文件, 将其在z轴上进行平均:

mdkits dft cube [FILENAME]

分析好的数据会输出为cube.out, 可以同时计算一个区域内的平均值:

mdkits dft cube [FILENAME] -b 1 2

会将平均值打印在屏幕上, 同时记录在cube.out中的注释行.

建模

build为建模的工具, 其中包含多个建模工具

构建体相模型

bulk用于构建体相模型, 如构建Pt的fcc体相模型:

mdkits build bulk Pt fcc

构建为常胞模型:

mdkits build bulk Pt fcc --cubic

构建一个Caesium chloride结构的模型:

mdkits build bulk CsCl cesiumchloride -a 4.123

构建一个fluorite 结构的模型:

mdkits build bulk BaF2 fluorite -a 6.196

构建表面模型

surface用于构建常见的表面模型, 骑用法为:

mdkits build surface [ELEMENT] [SURFACE_TYPE] [SIZE]

如构建Pt的fcc111表面模型:

mdkits build surface Pt fcc111 2 2 3 --vacuum 15

构建石墨烯表面:

mdkits build surface C2 graphene 3 3 1 --vacuum 15

从现有结构中构建表面模型

cut用于从现有的结构中构建表面模型(模型必须为常胞模型), 如从Pt_fcc.cif中构建fcc331表面模型:

mdkits build cut Pt_fcc.cif --face 3 3 1 --size 3 3 5 --vacuum 15

在表面结构上添加吸附物

adsorbate用于在表面结构上添加吸附物, 如在surface.cif上添加H原子:

mdkits build adsorbate surface.cif H --select "index 0" --height 1    

或在Pt_fcc111_335.cif上添加覆盖度为5的H原子:

mdkits build adsorbate Pt_fcc111_335.cif H --select "prop z > 16" --height 2 --cover 5

构建溶液相模型

solution用于构建溶液相模型, 初次使用时应先安装juliaup:

mdkits build solution --install_julia

然后安装Packmol:

mdkits build solution --install_packmol

成功安装后就可以使用solution功能了, 如构建一个32个水分子的水盒子:

mdkits build solution --water_number 32 --cell 9.86,9.86,9.86

或构建一个含有离子的溶液:

mdkits build solution li.xyz k.xyz --water_number 64 --tolerance 2.5 -n 25 -n 45 --cell 15,15,15

其中-n的个数必须与指定的溶剂分子种类数量一致, 用于分别指定添加的溶剂的数量. 或者从packmol的输入文件中构建溶液相模型:

mdkits build solution input.pm input2.pm  --infile

构建界面模型

interface用于构建界面模型, 如构建一个没有真空的界面模型:

mdkits build interface --slab Pt_fcc100_555.cif --sol water_160.cif

或构建一个带有气相模型的界面:

mdkits build interface --slab Pt_fcc100_555.cif --sol water_160.cif --cap ne --vacuum 20

构建超胞模型

supercell用于构建超胞模型:

mdkits build supercell Li3PO4.cif 2 2 2

其他

轨迹提取

extract用于提取轨迹文件中的特定的帧, 如从frames.xyz中提取第 1000 帧到第 2000 帧的轨迹文件, 并输出为1000-2000.xyz, -r选项的参数与Python的切片语法一致:

mdkits extract frames.xyz -r 1000:2000 -o 1000-2000.xyz

或从cp2k的默认输出的轨迹文件*-pos-1.xyz文件中提取最后一帧输出为extracted.xyz(extract的默认行为):

mdkits extract

或每50帧输出一个结构到./coord目录中, 同时调整输出格式为cp2k的@INCLUDE coord.xyz的形式:

mdkits extract -cr ::50

结构文件转换

convert用于将结构文件从一种格式转换为另一种格式, 如将structure.xyz转换为out.cif(默认文件名为out), 对于不储存周期性边界条件的文件, 可以使用--cell选项指定PBC:

mdkits convert -c structure.xyz --cell 10,10,10

将structure.cif转换为POSCAR:

mdkits convert -v structure.cif

将structure.cif转换为structure_xyz.xyz:

mdkits convert -c structure.cif -o structure_xyz

数据处理

data用于对数据进行处理如:

1. --nor: 对数据进行归一化处理
2. --gaus: 对数据进行高斯过滤
3. --fold: 堆数据进行折叠平均
4. --err: 计算数据的误差棒
   等

绘图工具

plot用于绘制数据图, plot需要读取yaml格式的配置文件进行绘图, yaml文件的形式如下:

# plot mode 1
figure1:
  data:
    legend1: ./data1.dat
    legend2: ./data2.dat
  x:
    0: x-axis
  y:
    1: y-axis
  x_range: 
    - 5
    - 15

# plot mode 2
figure2:
  data:
    y-xais: ./data.dat
  x:
    0: x-axis
  y:
    1: legend1
    2: legend2
    3: legend3
    4: legend4
    5: legend5
  y_range:
    - 0.5
    - 6
  legend_fontsize: 12

# plot mode error
12_dp_e_error:
  data:
    legend: ./error.dat
  x:
    0: x-axis
  y:
    1: y-axis
  fold: dp
  legend_fontsize: 12

如上plot支持三种绘图模式, mode 1, mode 2和mode error. mode 1用于绘制多组数据文件的同一列数据对比, mode 2用于绘制同一数据文件的不同列数据对比, mode error用于绘制均方根误差图.

plot可以同时处理多个yaml文件, 每个yaml文件可以包含多个绘图配置, mode 1和mode 2的绘图配置可以自动识别, 但是error模式需要而外指定, 如:

mdkits plot *.yaml

和:

mdkits plot *.yaml --error