1、1MaterialsStudio案例案例1：Au（111）表面自組裝單層膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化）表面自組裝單層膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的目的：用MaterialsStudio（MS）軟件對金表面自組裝膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。模塊模塊：MinimizerMSMSDiscoverDiscover結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理分子的勢能一般為鍵合（鍵長、鍵角、二面角、扭轉(zhuǎn)角等）和非鍵合相互作用（靜電作用、范德華作用等）能量項的加和，總勢能是各類勢能之和，如下式：??總勢能=范德

2、華非鍵結(jié)勢能鍵伸縮勢能鍵角彎曲勢能雙面角扭曲勢能離平面振動勢能庫倫靜電勢能…除了一些簡單的分子以外，大多數(shù)的勢能是分子中一些復(fù)雜形勢的勢能的組合。勢能為分子中原子坐標(biāo)的函數(shù)，由原子不同的坐標(biāo)所得到的勢能構(gòu)成勢能面（PotentialEnergySurface，PES）。勢能越低，構(gòu)象越穩(wěn)定，在系統(tǒng)中出現(xiàn)的機(jī)率越大；反之，勢能越高，構(gòu)象越不穩(wěn)定，在系統(tǒng)中出現(xiàn)的機(jī)率越小。通常勢能面可得到許多極小值的位置，其中對應(yīng)于最低能量的點稱為全局最小值

3、（GlobalEnergyMinimum），相當(dāng)于分子最穩(wěn)定的構(gòu)象。由勢能面求最低極小值的過程稱為能量最小化（EnergyMinimum），其所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)為最優(yōu)化結(jié)構(gòu)（OptimizedStructure），能量最小化過程，亦是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程。通過最小化算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，應(yīng)避免陷入局部最小值（localminimum），也就是避免僅得到某一構(gòu)象附近的相對穩(wěn)定的構(gòu)象，而力求得到全局最小值，即實現(xiàn)全局優(yōu)化。分子力學(xué)的最小化算法能較快進(jìn)行能

4、量優(yōu)化，但它的局限性在于易陷入局部勢阱，求得的往往是局部最小值，而要尋求全局最小值只能采用系統(tǒng)搜尋法或分子動力學(xué)法。在MaterialsStudio的Discover模塊中，能量最小化算法有以下四種：1）最陡下降法（SteepestDescent），為一經(jīng)典的方法，通過迭代求導(dǎo)，對多變量的非線性目標(biāo)函數(shù)極小化，按能量梯度相反的方向?qū)ψ鴺?biāo)添加一位移，即能量函數(shù)的負(fù)梯度方向是目標(biāo)函數(shù)最陡下降的方向，所以稱為最陡下降法。3SmartMinim

5、izer中，只有共軛梯度法和牛頓法才可以選擇不同的算法：SmartMinimizer中，牛頓法可以設(shè)定最大的原子數(shù)，如果體系的原子數(shù)大于所設(shè)定的值，則計算是會自動地轉(zhuǎn)為前面設(shè)定的收斂法（共軛梯度法或最陡下降法），收斂精度會改為共軛梯度法的默認(rèn)收斂精度值。Au（111）表面磺酸甜菜堿封端封端癸烷基硫醇自組裝單層膜）表面磺酸甜菜堿封端封端癸烷基硫醇自組裝單層膜MS結(jié)構(gòu)優(yōu)化過結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程盒子尺寸：34.60929.97091.91874水層：