简介：通常，Materials Studio中的经典模拟技术集中于模拟液体或软材料的凝聚相和分子结构。GULP提供了允许模拟离子材料和分子固体的工具，以前这是计算昂贵的量子力学计算的领域。除了传统的3D晶体结构，GULP还包括2D表面和分子计算。
本教程将带您使用 GULP 简单计算金刚石的机械性能。然后，您将创建一个钻石表面并计算表面能。
目的：介绍用于计算离子材料和分子固体性质的GULP模块。
本教程重要节点：
优化和预测机械性能-计算金刚石的表面能
1. 优化和预测机械性能
单击工具条上的Import按钮，打开Import Document对话框。导航至ExamplesDocuments3D Model并双击C.msi。
您应将金刚石的对称性更改为P1。
在菜单栏中选择Build | Symmetry | Make P1。
对于许多模拟，有必要将更高对称性的晶体结构转换为P1对称性。例如，在分子动力学模拟过程中，原子将离开其平衡位置，而中间位置将不满足高对称空间群的对称约束。本教程中使用P1对称性可以生成与Brenner等人（2002）的论文中使用的方向相同的弹性常数。
现在，已经准备好优化结构。这将是一个非常快速的计算，因为加载的结构之前已经过优化。
单击Modules工具条上的GULP按钮，从下拉菜单中选择Calculation。
将打开GULP Calculation对话框，其中有多个任务选项。此处将执行几何优化计算任务。
将Task更改为Geometry Optimization。
GULP有许多不同的力场库，它们使用了从两体相互作用到多体相互作用的各种方法。当对金刚石进行计算时，将使用Brenner势。Brenner势是一种键序势，可应用于含碳、氢和氧的体系。它在模拟金刚石和碳纳米管等结构方面较为有效。
从Forcefield下拉列表中选择Brenner，然后单击View…按钮。
关闭GULP Forcefield Library: Brenner视图。
可以通过GULP能量计算得到较多的性质。
选择Properties选项卡。
可以看到若干可计算的性质。对于一个很小的体系，如金刚石单位晶胞，这些都可以非常快速的计算，所以可以让勾选所有性质。
单击Run按钮。关闭GULP Calculation对话框。
计算完成后，将创建一个名为C GULP GeomOpt的新文件夹，包含以下文件：
将以GPa为单位的C11、C12和C44值与Brenner等人(2002)公布的值进行比较。要将GPa转换为Mbar，只需将GPa中的值除以100即可。
2. 计算金刚石的表面能
可利用下式计算表面能：
其中，Usurf是表面的能量，Ubulk是块体体系的能量，A是表面积。
根据之前的计算，已经得到了金刚石块体的能量，但这必须通过单位晶胞中原子的数量来归一化。
在C.gout中，搜索Total Lattice Energy，并记下以eV为单位的值。
应该接近-58.956 eV。由于表面上的原子比晶体中的原子多，因此必须调整块体能量以进行匹配。
将优化后的C.xsd打开为当前文档。在Properties Explorer中，将Filter更改为Symmetry System。并记下NumberOfAtoms。
现在您可以建立表面结构。
从菜单栏中选择Build | Surfaces | Cleave surface，打开Cleave Surface对话框。将Cleave plane更改为1 1 1，Fractional Thickness更改为4.0。单击Cleave按钮，关闭对话框。
将产生一个新的结构C (1 1 1).xsd。应使用和之前相同的设置对其进行优化。
打开GULP Calculation对话框，单击Run按钮。关闭对话框。
由于所研究的体系比之前更大，计算时间将比以前更长。计算完成后，可以查看输出文件。
打开C (1 1 1).xtd并单击Animation工具栏上的Play按钮。
您会看到表面上的原子位置稍有改变。
在Properties Explorer中，将Filter更改为Lattice 2D。单击Animation工具栏上的Step Forward按钮以检查各帧。
将看到表面积也会发生轻微变化。
记下轨迹最后一帧的CellArea。把Filter更改为Symmetry System，记下NumberOfAtoms。
表面积应约为22.2 ?2。需要的最后一条信息是表面结构的能量。
打开C (1 1 1).gout文件。查找Total Lattice Energy。记录下以eV为单位的值，并优化几何结构。
表面几何优化后结构的晶格能为-200.4 eV。现在可以计算表面能了。注意要按表面原子数与块体原子数之比来调整块体能量。
参考文献
Donald W Brenner, Olga A Shenderova, Judith A Harrison, Steven J Stuart, Boris Ni and Susan B Sinnott, J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 783.
本入门教程到此结束。
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