北京科音CP2K第一性原理计算培训班

 

下一届本培训举办时间见北京科音首页http://www.keinsci.com的预告栏。着急开展研究、等不及下届培训者可以购买往届培训资料自学,方式见下。非常仔细阅读本页面后若对培训仍有不清楚的地方请发邮件至北京科音官方邮箱keinsci@sina.com咨询。

本页面最后更新:2023-Oct-2

 

培训介绍

第一性原理(first principle)计算主要是指利用量子力学框架下发展的方法基于计算机计算模拟来研究周期性体系,主要涉及固体、液体及其界面相关的各种问题的研究。研究的问题比如:固体表面的吸附能和势垒、表面催化反应机理、晶体的几何结构和电子结构,材料的各种性质(比如磁性、内聚能、晶格能、弹性、热膨胀系数、极化率)、凝聚相体系的各种电子和振动光谱,等等。北京科音CP2K第一性原理计算培训班就是专门讲授如何做第一性原理计算研究各类问题。

本培训基于知名的第一性原理程序CP2K来讲授。为什么此培训选择CP2K而不是基于其它程序来讲授?这是因为CP2K有非常多的优点,包括:功能非常全面,支持的理论方法丰富,计算速度极快,开源免费,发展迅猛。在流行的普适性的第一性原理程序里CP2K做DFT计算几乎是最快的,尤其是对于中、大体系计算速度更是彻底碾压VASP等绝大多数程序(耗时差异达到数量级程度),这是因为CP2K在数值算法方面有大量独有的黑科技、开发者对计算效率极其看重。由于CP2K的这些关键性优点,CP2K的用户增长迅速,受到越来越多的关注。熟练掌握CP2K,就相当于拥有了第一性原理研究的一个顶级武器,而且抓住了未来!然而,CP2K目前的流行程度却远远低于其实际价值,很多做第一性原理计算的人对CP2K知之甚少,这是因为CP2K的用法是出了名的复杂,输入文件特难写(动辄得写上百行),人性化程度极低(甚至可以说丝毫不考虑易用性),整体使用门槛很高,导致无数人对强大的CP2K望而生畏,还有新人甚至称其为“实力劝退”。而有了本培训,CP2K的这些问题都不再是问题!本培训里对CP2K计算有极其充分的讲解,可谓细致到每个角落,而且尽全力把复杂的CP2K包装成尽可能简单易用的程序,这使得学员能够很方便地使用CP2K游刃有余地研究各种问题。

本培训会把第一性原理计算研究各种问题所涉及的各种背景知识进行足够的讲解,使得参加者清楚地知道算的是什么、能理解为什么这样算,而又不会摆出过多的会令人看晕的枯燥的数学公式。培训中对计算各种问题涉及到的CP2K的输入文件写法、各种主要选项会进行清晰又全面和系统的介绍,对CP2K计算涉及的关键性的算法(尤其是CP2K独家的)都会着重讲解,使得参加者懂得如何又好又快又真正正确地用CP2K计算。对每类问题的计算,培训里都会讲解丰富且非常精心选择的例子,以使得参加者领会面对不同类型的问题该怎么计算、分析、讨论,把这些例子都充分领会后参加者就有了足够的举一反三的能力应对自己实际课题涉及的计算。

本培训里还涉及到许多辅助程序,用于建模、可视化、分析处理等目的,如VMD、GaussView、VESTA、Shermo、phonopy、各种shell和python脚本等。其中最关键的是北京科音卢天开发的非常知名的电子波函数分析程序Multiwfn(http://sobereva.com/multiwfn)。结合CP2K产生的波函数信息Multiwfn不仅可以做丰富的电子结构分析,Multiwfn还提供了许多其它的CP2K辅助功能,如观看结构和晶体轨道、绘制振动/电子吸收/NMR谱、绘制能带结构、绘制DOS/PDOS/OPDOS、诸多实用的几何操作。还一个尤其重要的是Multiwfn提供了精心设计、长期反复打磨的CP2K输入文件创建功能,在http://sobereva.com/587中对其中一小部分用法做了简略介绍。此功能可以令CP2K输入文件的创建变得异乎寻常的简单。原本需要有经验的人花不少时间写的上百行的输入文件(往往还需要反复试错、折腾最后才能正确跑起来),而初学者依靠Multiwfn只需要照着屏幕上的提示敲几下键盘就能轻松创建出来(有些情况再根据实际需要手动稍微编辑几行即可),这扫除了CP2K使用的最大不便和门槛,使得CP2K从使用极为复杂麻烦的程序摇身变成了使用极为方便省事的程序。在本培训中讲解各种例子的时候都会基于Multiwfn来创建输入文件,参加者会深刻感受到借助Multiwfn使用CP2K真是简单、爽滑极了(但同时也必须掌握很多关键性知识方能最得当地使用,这都是培训里会着重讲解的)!

关于本培训的深度:本培训既不是初级班,也不是中级班,也不是高级班,而是深入浅出、从入门到精通。我们对课程内容做了精心设计,各个主题从CP2K相应功能的基础知识和使用开始讲起,然后讲授的内容再不断加深、扩展,最终令学员有全面深入认识。这样的课程安排使得CP2K和第一性原理计算零基础的学员能顺利上手,又完全不是只学点皮毛程度的初级操作,而是能在反复消化本培训内容后能达到比较高阶、应用自如的程度。由于本培训内容系统性非常强、涵盖的主题广泛、内容十分详尽且很有深度,而且大量内容都是在别的地方完全学不到的,因此我们相信即便是具有很长时间CP2K使用经验的人,通过参加本培训也能达到查缺补漏、深化理解、拓展视野、更新知识、大幅提升整体水平、掌握更多关键性的经验技巧的效果。

很值得一提的是,CP2K的自学难度实在是要用奇大来形容,是所有主流计算程序里几乎最难自学的,因为涉及的知识和大大小小的坑超超超极多,输入文件冗长且逻辑复杂,手册很不理想(写得极其简略和抽象,惜字如金,很多极为关键的要点只字不提),学习资源还颇为匮乏(官方学习资源又少又零散,有的还带有错误、存在误导性、不兼容当前版本,第三方资料更是少之又少),程序有的地方还有些bug。这几点凡是自学过CP2K的人都会深有感触。本培训讲授的内容可谓把几乎每一个坑都填平了。我们相信用过一段时间CP2K的人拿到本培训的超高含金量、我们呕心沥血制作的讲义时都将会有如获至宝的感觉!并在参加培训后会感叹之前自己白走了巨量弯路、在反复碰壁中白浪费了太多时间!

本培训虽然基于CP2K来讲授,但对于使用QUANTUM ESPRESSO、CASTEP、VASP等其它第一性原理程序的研究者也是非常有益的。因为这些程序考察的对象、涉及的背景知识、用到的理论、建模和分析讨论的方式等,在很大程度上都是共通的,而本培训广阔的内容又远不是让学员仅仅了解CP2K而已,因此参加本培训后再自学其它第一性原理程序的使用都会比较容易。

本培训的内容会频繁更新,每一届相对于上一届都会添加和删改内容,一方面使得内容更加完美、更加充实、体现第一性原理领域的新进展,另一方面使得培训内容能体现发展迅速的CP2K最新版本的新功能、改进和改动。学员隔一、两年重新参加一次又能够了解到不少新的知识。

往届的本培训得到了学员们的极度好评!第1届本培训的回顾和学员参后感想见此链接,欢迎观看!有的学员对本培训的内容丰富程度甚至都用了“叹为观止”来形容!

 

关于初学者/新人是否适合参加CP2K培训的问题

鉴于常有人问初学者/新人是否适合参加本培训、什么知识程度的人适合参加,以下再做专门的说明和澄清。

首先要指出的是,CP2K程序本身的使用很复杂,涉及到大量相关的理论和算法知识(而且还是不懂不行的那种),学习难度如同攀登珠穆朗玛峰(相比之下,学Gaussian这种易用、对用户友好的程序的难度属于登香山)。由于CP2K的强大和无法替代的价值,为掌握它而为攀登珠峰所付出的努力绝对是非常值得的。本培训相当于给攀登喜马拉雅山的人提供了最完美的装备和最好的向导,充分指明了登顶最顺利的捷径、指出了几乎所有可能遇到的坑和各种潜在的危险。我们已尽最大所能令参加者掌握CP2K能尽可能地顺利,并且讲授了充足的背景知识使得参加者有举一反三的能力研究自己的实际问题。但是,如果登山者的自己脑力或毅力实在太差,那么显然无论怎么帮扶还是上不去CP2K这个高山(他们或许只适合用某些带图形界面的又贵又慢又弱又不灵活的商业程序,做一些比较简单、routine的研究)。而如果登山者虽然是计算新手但脑力和毅力都很好,或者虽然没登过珠峰但之前已经是登山的有经验者,那么本培训可以顺利带领他们征服CP2K。

CP2K培训班只假定参加者没有任何CP2K相关知识和第一性原理计算相关知识,但并不假定研究者对计算量子化学方面完全零基础。CP2K培训里用到的很多理论计算的常识性背景知识,比如量子力学、HF/半经验/DFT/后HF/双杂化等方法、轨道/SCF/自旋多重度等常识概念、基函数和基组的概念、GaussView的基本操作(CP2K培训中的大部分建模依赖于此程序)、势能面及相关概念、溶剂效应的背景知识、电子激发相关的背景知识,等等等等,都在北京科音初级班量子化学培训班(http://www.keinsci.com/workshop/KEQC_content.html)里详细讲了(相同主题在北京科音基础量子化学培训班http://www.keinsci.com/workshop/KBQC_content.html里讲的明显更全面、深入),因此这些东西不会再在CP2K班里花大量时间去重复(顶多是涉及时简单一带而过而已),在CP2K班里详细讲解的理论背景知识只有在量化初级班里都没专门讲过的那些。因此如果你在理论计算方面是完全零基础、关键的背景知识一点都不懂的话,非常建议先参加一次北京科音初级量子化学培训班(如果来不及等到下次,可以往届资料自学),对于之后参加CP2K培训班绝对大有好处,对课程内容理解起来会明显更顺利,这两个培训在内容、方向和难度上彼此是高度互补的。而且参加初级量化班之后也能认识到对什么问题最适合CP2K、对什么问题有其它明显更好的选择(如Gaussian),看待问题时能有更广阔的视角。

CP2K培训里有很大一部分是讲第一性原理动力学(也叫从头算动力学)模拟,这也是CP2K程序最大长处、被用得最广泛的场合之一。里面涉及到的相关背景知识,如动力学模拟算法、分子力场、VMD的使用和分析脚本的编写、一些常见的后处理分析、Packmol的使用等,在北京科音分子动力学与GROMACS培训班(http://www.keinsci.com/workshop/KGMX_content.html)都很系统、详细地讲了,在CP2K培训里我们假定参加者已经具备了这些知识。此外,CP2K的动力学模拟部分还会借用到GROMACS自带的一些工具做轨迹分析处理。因此,如果参加者对于CP2K培训里的动力学模拟部分特别关注,而之前在分子动力学模拟方面是完全零基础,很建议先参加北京科音分子动力学与GROMACS培训班。这样对动力学模拟领域也能有比较全面的理解,清楚地认识到什么情况适合用什么方法、程序来研究。

参加CP2K者必须会用Linux,否则就连安装程序都搞不定(虽然我们已提供了非常清楚、详细的安装指导文章)。CP2K较新版本没有原生的Windows版,因此就算只有Windows的机子也得在里面通过虚拟机等方式在Linux环境下运行。没有Linux相关常识者请通过Google搜到的学习资源自学。

由于本培训中涉及得最多的是晶体及其表面体系,因此参加者应当具备常识性的晶体方面知识。如果参加者对周期性、晶体都完全没有基本概念,强烈建议看看主流的结构化学教材中的晶体部分。

 

培训费用

每一届培训费用会酌情调整,目前培训费用如下

• 学生自费价:1750元
• 教师(含博士后)以及企业人员自费价:2050元
• 学生公费价:2600元
• 教师(含博士后)公费价:2900元
• 企业人员公费价:3300元

购买往届资料(等同于不到现场参加。不叫线上培训):上一届培训的纸质讲义(不提供电子版ppt)、官方的清晰的现场全程录音(没有现场录像)、电子资料(所有输入输出文件、补充电子文档和相关的程序)、10个多小时补充视频(场来不及讲的内容中最重要的部分)可以在随时向北京科音官方购买。纸质讲义通过快递发送(支持顺丰寄往海外,邮费自理),电子资料通过网盘提供。由于讲义内容和讲授音频都极其详细,通过这些资料自学也有较好的效果(如果对不到场学习效果有顾虑的话可以参考以往不到场学员在此帖里的评论)。有购买需求者可随时发邮件至北京科音官方邮箱keinsci@sina.com与我们联系,邮件里请注明要购买的培训班的名称,费用和上面列出的相同。可以开具发票以供报销。

声明:本培训涉及的一切相关资料严禁擅自复制、传播、将内容挪至它用。我们会经常对互联网进行搜索,在计算化学领域的诸多学术QQ群里、公众号或者up主的订阅者里也都有我们的往届学员。非法利用我们的培训资料的行为一经发现,必将严厉追究法律责任、通报相关单位,并且会在计算化学公社论坛上进行公示。

 

培训内容

注:以下没有专门提及的信息在《北京科音办的培训班FAQ》(http://bbs.keinsci.com/thread-5098-1-1.html)里基本都能找到答案。

本培训讲授者为北京科音自然科学研究中心主任卢天,介绍见北京科音官网的“人才队伍”页面。

培训在现场授课四天(4*8=32小时,答疑时间另计)。由于本培训的信息量真是超超超级大,有限的4天时间内讲不完,因此我们还向学员提供10个小时有余的补充视频,相当于额外又讲了一天多的信息量,所以本培训可以视为是4+1.2天的课程。

本培训内容极其浩瀚,精心制作的幻灯片多达超过2000页!!!会以黑白印刷装订成纸质讲义发给每位学员。

培训提供的相关电子文件超过多达2400个以上!!!包括所有所有例子的完整的输入和输出文件、各种培训中用到的辅助程序和脚本、用到的晶体结构文件、重要的电子文档,等等。

每一届现场培训都有专属的QQ群,在现场培训结束后一周内如果对培训所讲的内容有任何疑问、没完全搞懂的地方,以及和培训主题相关的自己科研中的问题,都可以在群里提问。即便在群解散后,我们依然会在精力允许的情况下无限期无偿地在9000人的国内规模最大、最活跃的计算化学QQ群“思想家公社”(18616395、466017436、764390338,哪个能搜到说明哪个目前能加)和我们创办的世界范围最专业、人气最高的计算化学论坛“计算化学公社”(http://bbs.keinsci.com)中对学员学习和科研过程中遇到的问题进行解答。

培训讲授的主题如下

各个主题讲授的具体内容如下