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,方式见本页面“购买往届资料”部分。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,我们会尽快回复。

本页面最后更新:2024-Mar-22

 

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,让学员能最好、最快上手这些问题的研究。

本培训基于非常知名的第一性原理程序CP2K(https://www.cp2k.org)来讲授。为什么此培训专门选择CP2K而不是基于VASP等其它程序来讲授?这是因为CP2K有非常多的关键性优点,包括:功能非常全面(被业界誉为瑞士军刀),支持的理论方法特别丰富,计算速度超级快,完全开源免费,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等绝大多数第一性原理程序(快一个数量级及以上!),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。基于CP2K程序的研究文章频繁在Nature、Science、Angew、JACS、PNAS、PRL等高档次的期刊上发表(参看官方罗列的一些亮点文章列表:https://www.cp2k.org/science)。毫不夸张地说,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!由于上述不可替代的优点,CP2K是踏入第一性原理领域研究最先应当应当熟练使用的程序,而Quantum ESPRESSO、VASP等其它程序可以再作为进一步的补充。应当注意的是,虽然周期性体系的计算是CP2K最主要的应用领域,但千万不要误以为CP2K只能算周期性体系。CP2K也同样适用于算分子、团簇等孤立体系,而且CP2K对几百原子及以上的大体系的DFT计算速度比Gaussian、ORCA等主流量子化学程序通常还快得多得多。可见CP2K能研究的体系相当普适

本培训内容精心设计,对理论背景和程序使用并重。培训会把第一性原理计算研究各类问题所涉及的各种背景知识进行全面又恰到好处的讲解,使得参加者清楚地知道算的是什么、能完全理解为什么这样算,而又不会摆出过多的会令人看晕的枯燥的数学公式。本培训对CP2K程序的讲解可谓细致到每个角落,对计算各种问题涉及到的CP2K的输入文件写法、各种关键选项会进行特别清晰易懂、细致、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)都会掰开了揉碎了解释,使得参加者真正懂得如何又好又快又正确地用CP2K高效率地计算。对每种类型问题,培训里都会给出丰富且非常精心设计的例子,给出全套研究流程(建模、计算、分析讨论),以使得参加者能透彻够领会面对不同类型的问题该怎么研究。把这些例子都充分搞懂后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。参加本培训后,学员将完全具备独立开展第一性原理研究工作、发表相关文章的能力

本培训里还涉及到并演示许多辅助程序,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CP2K使用者花不少时间写的上百行的输入文件(往往还需要反复试错、查阅许多资料来回折腾最后才能正确跑起来),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从使用复杂麻烦的程序摇身变成了使用特别方便省事的程序,比VASP和Quantum ESPRESSO用起来更容易。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!(但同时也必须掌握许多关键性知识,绝对不能稀里糊涂当黑箱来用,这些知识和要点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、一个课程就能从入门到精通。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,绝对大多数内容都是在别的地方轻易学不到的,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)。这几点凡是自学过CP2K的人都会深有感触。因此我们强烈不建议新人自行从网上收集零七八碎的资料去啃CP2K,这样学习效率实在太太太低了,不仅难以在短时间内摸出门道还容易越学越糊涂、感到非常烧脑,还要在翻来覆去的踩坑中白浪费巨量时间。而本培训讲授的内容可谓把CP2K使用的每一个坑都填平了,讲义称为CP2K使用圣经都不过分!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、在反复摸索和碰壁过程中白浪费了太多时间!CP2K如同一部手动挡的车,本培训等同于CP2K的驾校,不通过本培训系统性学一遍而光靠自己鼓捣会遇到多大困难可想而知。本培训讲授者每天在网上回答大量CP2K问题,绝大部分人遇到的困难、犯的低级错误都是由于缺乏此培训里讲的这些关键性知识导致的,不具备这些知识一定会各种胡算瞎算。而进一步,Multiwfn又把CP2K改造成了近乎自动挡的车,本培训讲授的知识与Multiwfn相结合,真是使得CP2K上手和使用变得太容易了!完全使得当年坊间流传的“CP2K难上手”的说法彻底变成老黄历了。

虽然第一性原理计算程序很多、各有各的用法,但做理论计算涉及的背景知识、研究的对象、用到的理论和算法、建模和可视化工具、分析工具、问题的讨论方式等,都是极大程度互通的,交集非常大。由于这些在本培训里都讲得很全面详细,因此即便你是Quantum ESPRESSO、VASP、CASTEP、Abinit、Wien2k、Crystal等其它第一性原理程序的用户,参加本培训也极有好处!本培训广阔的内容远不是让学员仅仅了解CP2K的使用而已,掌握本培训所讲知识后再自学其它第一性原理程序的使用都会没有压力。

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修订内容,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!培训回顾和学员参后感想见第1届第2届第3届,欢迎观看!有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!在QQ群里学员对于CP2K的速度以及本培训的感想摘录:

 

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程序本身的使用相对复杂,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),新人想自己找零七八碎的资料摸索来学习难度如同攀登珠穆朗玛峰(相比之下,学Gaussian这种半傻瓜式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,为掌握它而所付出的努力绝对是超级值得的!本培训给攀登CP2K这座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。只要是肯静下心来认真学习的,哪怕是没有任何基础的新人,通过本培训顺利掌握CP2K的使用也是绝对没有丝毫问题的。但如果是那种心态非常浮躁的新人,只适合用那种界面看起来特别傻瓜化,但又贵又慢又弱又不灵活的商业程序做一些平庸的研究,根本没有前途。

CP2K培训班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(中级)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是只有在初级量化班里都没专门讲过的那些。因此如果你在理论计算方面真的是完全零基础小白、一丁点计算都没做过、量子化学背景知识丝毫不懂的话,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,可以随时购买往届资料快速自学,购买方式看以上链接),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(来不及参加的话可以购买往届资料自学,详见其链接)。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。

参加本培训者需要会用Linux基本命令,因为CP2K通常都是在Linux下运行的。我们已提供了非常清楚、详细的安装指导文章,安装起来极其容易,见http://sobereva.com/586,如果遇到安装问题也可以在群里问,我们会尽量提供帮助。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VMware虚拟机或WSL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,具备基本的计算机常识、理解能力正常的人不超过一个礼拜就能上手Linux。

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,强烈建议自行看看主流的“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2200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2500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,各主题的ppt页数一同列出

最后再提一句,在网上曾流传什么“CP2K算结合能、算能垒不准”的言论,我们在这里郑重表示这种说法纯属无稽之谈!有这种错误印象的人,要么是被以讹传讹,要么是缺乏CP2K最基本常识导致了严重错觉(诸如用区区DZVP-MOLOPT-SR-GTH这种低档次基组算结合能却还不知道要考虑counterpoise校正,或者只用很小晶胞却不知道考虑k点就去算晶体属性之类,这能算准就怪了。这和Gaussian用户只用6-31G*算相互作用能、VASP只用很低的截断能算属性然后结果烂是一个道理,自己无知居然还怪程序有问题。这些人要是参加过本培训好好学一遍,就肯定不会再说出那种荒谬的话了)。