1. CALYPSO: 粒子群算法进行结构搜索
2. USPEX: 以进化算法为主，支持多种预测算法

提供PWmat接口

1. GA 基因遗传算法搜索表面的结构，常用于表面催化（自主研发）

1. Disorder: 根据对称性产生不可约的无序掺杂构型，可助力高通量计算，可用于

比较不同位点的原子替换的能量（例如LPS固态电解质不同S的氧化）
随机移除原子某原子之后的能量变化（例如锂电池脱锂/注锂）

1. ATAT: 根据SQS算法直接生成一个对关联能最低的结构

多元素、高浓度掺杂
实验测得同一位点可能由不同元素占据

1. VCR(57): 用平均效应模拟整体性质

不使用超胞和元素替换，减少计算量
有时可以得到较好的晶格常数等性质

1. Rings(37): MOVEMENT转xyz再交给rings后处理

径向分布函数g®
均方位移（MSD）
结构因子S(q)以及相关中子散射/XRD结构
键长、键角、二面角、活性链/环等

1. PLUMED(48): 在基础的数据处理上，加上了元动力学辅助增强采样

基础：键长/键角/扭转，RMSD，自由能
引入偏置势能，提高集体变量的采样效率
自由能面，高效逃出局域最小，模拟含有小概率事件的MD

1. Cif2cell(9): cif转化为atom.config，从cif直接建立超胞/表面

cif文件与atom.config文件相互转化（但是得到的是原胞）
直接由cif建立超胞的atom.config
直接由cif建立表面的atom.config

1. Band alignment(3): 计算能带的带阶（异质结中非常重要的光电性质参数）

可引入HSE，WKM和GW等修正

1. BANDUP(11): 计算能带反折叠

惯胞折叠回原胞
超胞折叠回单胞
解决超胞算缺陷/吸附引起的能带折叠
支持自旋极化的计算

1. PDOS&fatband structure（15）: 部分原子的投影态密度/能带

辅助分析成键/反键，拓扑绝缘体中的能带反转来源等
辅助分析晶体场劈裂，磁矩来源，磁交换机制等

1. WKM(30): Wannier Koopmans method修正带隙

修正了自相互作用误差，解决了DFT低估基本带隙的问题
计算量远小于GW
目前对含有d电子的开壳层的体系还需要优化

1. Get U value(25): 使用线性响应理论获得DFT+U的U值

针对窄带体系的在位库仑能修正
在计算开壳层的带隙时，有概率优于WKM(30)
U本身不代表自相互作用修正，但是在这个框架下，它的作用接近HSE
加U不等于算磁性，加U不等于有带隙

计算少量的本征值就能得到致密的k点本征值

1. Wannier band interpolation(24)

与Wannier90接口生成MLWF
实空间MLWF对应离散的倒空间波函数

1. High accurate k-point interpolation(29)

自主研发的精确二阶插值方法
可适用于任何哈密顿量（DFT+U,HSE等

1. ELF(56): 计算电子局域化函数

可视化描述电子局域性的空间分布
0.5代表自由电子，1.0代表完全局域
常用于分析电子晶体（electride体系）:

• 离散型：主要用于表面催化
• 局域型：主要用于新一代自旋器件

1. PyPWmat(4): 计算声子谱/声子DOS/振动模式

JOB=std计算原胞的声子谱/声子DOS，分析材料的稳定性
JOB=defect计算缺陷的声子谱/振动模式，通过特定的算法大大减少了计算量
JOB=sub计算部分原子的振动，常用于获得表面吸附分子的零点振动能

1. High T phonon(28): 计算有限温度时的声子谱

由于对称性的自发破缺，有时对称性高的相在低温时不稳定
可用于解释：位移型铁电体随温度的相变，生长温度控制材料不同相的生长
可用于研究新型陶瓷材料等，对现代通讯/军事有重要作用

1. PWphono3py(33): 计算三阶力常数（非谐效应）

计算热电材料的晶格热导率
计算声子的自能虚部，寿命/线宽，晶格热容等

1. EPC(64): 结合Wannier90，计算电声耦合矩阵

使用Wannier90产生MLWF
结合PyPWmat(4)，计算电声耦合矩阵
电声耦合矩阵可用于：计算电导率，计算BCS超导转变温度等

1. OER,ORR,HER calculations(17)

电催化基础，用于计算电解水，燃料电池等过程
计算析氧反应（OER)，氧还原反应（ORR），析氢反应（HER)
绘制火山图，台阶图
需要结合隐式溶剂模型
虽然本module没有使用，但是我们强烈推荐使用fixed-potential（见案例教程）

1. Pourbaix Diagram(22)

布拜图：描述材料在不同偏压和pH下的稳定性的相图，不同区域对应不同的最稳

定产物

需要分析有哪些相，有哪些物质参与反应，并构造反应方程式
为了稳定，一般不以氧气和氢气做为参考。
DFT一般不能计算准确的气相O2的Gibbs自由能，我们提供了两种修正方案

基于Boltzmann输运方程和弛豫时间近似，在半经典理论框架下计算输运性质
包括但不限于（电子）热导，电导，Seeback系数等热电性质
如果需要计算晶格热导率，请使用PWphono3py(33)
计算输运是以下两个软件自己的功能，PWmat仅负责提供电子结构

1. Boltzwann(34)：需要依靠Wannier90插值获得致密的k点的本征值
2. BoltzTrap(35): 需要ASE接口，操作更便捷

1. Effective mass calculation(10)：计算载流子的有效质量

通过本征值对k的二阶导数获得，通常要在所求的k点附近取很密的k点算能带
结合形变势理论可以获得弛豫时间
获得弛豫时间后可以带入(34)和(35)求电导率
也可以自己带入公式求得载流子迁移率（必要时，需要光学支的电声耦合）

1. Electrical conductivity(16)：使用Kubo-Green wood公式计算金属体系电导率

首先需要进行分子动力学模拟，达到平衡状态
是比Boltzmann方程更一般化的方法
在（准）非晶体系中，由于平均自由程太短，不满足Boltzmann方程的条件
类似的思路也可以用来求液体/非晶的热导率（Phys. Rev. B 96, 020302(R)）

模拟材料的反常霍尔电导（AHC）和自旋霍尔电导（SHC）

1. 结合Wannier90（36）或者我们开发的二阶插值（46）获得致密的k点，并计算AHC
2. 结合二阶插值（54）计算SHC

模拟场效应管的量子输运性质:

1. Module 40: 计算散射态以模拟器件的输运性质
2. Module 51: 不同的电极需要不同的偏压（EF），为此引入非平衡的边界条件

可以模拟加栅压的电极-中心区-电极的器件（场效应管）
相比非平衡态格林函数（NEGF），散射态的物理意义更明确
支持平面波基组（QuantumATK和Nanodcal等都是原子轨道基组）
即将支持高斯基组，算法也在不断优化

1. Using rt-TDDFT(7)

常用于小体系（<100原子）
已经包括了退相干和细致平衡
同时包括了e-p和e-e相互作用

1. Using NAMD(21)

常用于大体系（>100原子）
也引入了退相干和细致平衡
无视了载流子动力学对结构的影响
当（21）和手册有冲突时一律按（21）

1. Simulate ion collison using rt-TDDFT(31)

通过rt-TDDFT引入离子辐照过程中的电子动力学（传统DFT模拟中未考虑）
这类体系中可以通过改变电子数来制造质子
有助于理解液态锂覆盖的融合反应室（对核能研究有重要意义）

1. RPA修正关联能(59)：ACFDT公式

Kohn-sham方程唯一的不确定因素是Exc=Ex+Ec，其中Ex可以由HF精确得到
GGA已经可以较为准确的描述短程的Ec，RPA则主要修正长程部分的Ec
PWmat高速计算HSE的功能同样可以覆盖HF，因此可以更高效的得到精确的Exc
有助于获得精确的：吸附能，表面能，反应能，势垒等

基于多体微扰理论，计算准确的能隙和光学性质：

YAMBO(12)：GW计算获得准确能隙
BSE-YAMBO(47)：求解BSE得到准确的光学性质

提供PWmat接口

PWmat_BSE(52)：自主研发的BSE模块，后续有更灵活的开发 PS: 虽然GW+BSE很常见，但是BSE并不依赖于GW

透射电子显微镜（TEM）是一种重要的材料表征手段
但是电子束会与材料散射，引起复杂的变化，甚至损伤材料
理解电子束和材料的相互作用，将有助于控制电子束带来的损伤。
相比于弹性散射，电子束与材料的非弹性散射过程更加复杂，而辐解（radiolysis）是最常见的非弹性散射过程
辐解主要有3个过程：

1. 空穴非常靠近HOMO，HOMO的电子填补空穴并将能量缓慢传递给核
2. 空穴离HOMO稍远，HOMO电子迅速填补空穴，可伴随断键
3. 空穴很深，较深的电子填补空穴，能量传给HOMO的电子引起电离。

1. Cross section(27)

预测不同能级的电离分布
BED模型计算电离截面
可模拟不同能量的电子束

1. Hot carrier cooling(7)

超快动力学过程
含退相干和细致平衡
可模拟断键过程

1. Auger Decay Rate(26)

仅考虑库仑相互作用
无法包括芯能级
高能级电子直接电离

1. Charge patching method (CPM)(14)(20)

高效便捷的大体系计算方法：

适用体系：上万原子的量子点，聚合物，异质结，生物大分子等
可计算：DOS, 缺陷能级，光学性质，电荷转移，Auger效应
可结合之前的58，66等module。

8种特征(feature):

抽象后的几何构型

4种训练模型:

线性模型
非线性VV模型
基于Kalman滤波的深度神经网络
基于Kalman滤波的DP- Torch模型

PWmat的高速MD保证了产生训练集的速度
Kalman滤波保证了训练的收敛速度
训练集支持VASP和PWmat的输出格式
训练后的力场可以直接给LAMMPS使用