会占用较多的内存并花费较长的时间【《分子模拟—从算法到应用》】。
④cell multipole cell based：只能用于基于指定数量层。
一般情况下，基于Atom适合于孤立体系，对于周期性体系计算量较小，但是准确性较差；基于Group适合于周期性和非周期性体系，计算的准确性好一些，计算量最小；Ewald适合于周期性能体系，计算最为准确，但计算量最大。
图3-9
本次模拟选择 Atom Based模拟方法，弹出对话框，见图3-9。
Cutoff distance（截断距离）：指的是范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围。 Buffer width：缓冲宽度距离。 Setup其他选项保留默认设置即可。
3.1.4 结构优化
在工具栏上点击Discover按钮
，然后选择Minimizer。或者从菜单栏选择
Modules | Discover | Minimizer，见图3-10。显示Discover Minimizer对话框，可以进行几何结构优化计算。注：优化前（Min），先查看所有原子是否都已分配力场，如果没有，可以手动添加，在Properties Explorer中双击Forcefield type，然后修改力场类型即可。其次在Min之前，需要把晶体结构所有原子重新固定。minimizer只是对结构进行优化，以达到能量最小化。在作动力学（dynamics）之前最好minimizer一下，因为如果不minimizer计算收敛时间会比较长，能量波动会比较大，而且计算有可能出错。
图3-10
优化方法Mathod：最陡下降法（Steepest Descent）、共轭梯度法（Conjugate Gradient）、牛顿方法（Newton）和综合法（Smart Minimizer）。
Convergence level：收敛精度水平。 Maximum iteration：最大迭代数。
Optimize cell选中的话表示优化晶胞参数和原子位置。 MS Discover 结构优化原理
分子的势能一般为键合（键长、键角、二面角、扭转角等）和非键合相互作用（静电作用、范德华作用等）能量项的加和，总势能是各类势能之和，如下式：
总势能 = 范德华非键结势能 + 键伸缩势能 + 键角弯曲势能 + 双面角扭曲势能 + 离平面振动势能 + 库伦静电势能 + ...
除了一些简单的分子以外，大多数的势能是分子中一些复杂形势的势能的组合。势能为分子中原子坐标的函数，由原子不同的坐标所得到的势能构成势能面（Potential Energy Surface，PES）。势能越低，构象越稳定，在系统中出现的机率越大；反之，势能越高，构象越不稳定，在系统中出现的机率越小。通常势能面可得到许多极小值的位置，其中对应于最低能量的点称为全局最小值（Global Energy Minimum），相当于分子最稳定的构象。由势能面求最低极小值的过程称为能量最小化（Energy Minimum），其所对应的结构为最优化结构（Optimized Structure），能量最小化过程，亦是结构优化的过程。
通过最小化算法进行结构优化时，应避免陷入局部最小值（local minimum），也就是避免仅得到某一构象附近的相对稳定的构象，而力求得到全局最小值，即实现全局优化。分子力学的最小化算法能较快进行能量优化，但它的局限性在于易陷入局部势阱，求得的往往是局部最小值，而要寻求全局最小值只能采用系统搜寻法或分子动力学法。在Materials Studio的Discover模块中，能量最小化算法有以下四种：
①最陡下降法（Steepest Descent），为一经典的方法，通过迭代求导，对多变量的非线性目标函数极小化，按能量梯度相反的方向对坐标添加位移，即能量函数的负梯度方向是目标函数最陡下降的方向，所以称为最陡下降法。此法计算简单，速度快，但在极小值附近收敛性不够好，造成移动方向正交。最陡下降法适用于优化的最初阶段。
②共轭梯度法（Conjugate Gradient），在求导时，目标函数下降方向不是仅选取最陡下降法所采用的能量函数的负梯度方向，而是选取两个共轭梯度方向，即前次迭代时的能量函数负梯度方向与当前迭代时的能量函数负梯度方向的线性组合。此法收敛性较好，但对分子起始结构要求较高，因此常与最陡下降法联合使用，先用最陡下降法优化，再用共轭梯度法优化至收敛。
③牛顿方法（Newton），以二阶导数方法求得极小值。此法的收敛很迅速，也常与最陡下降法联合使用。
④综合法（Smart Minimizer），该方法可以混合最陡下降法，共轭梯度法和牛顿法进行结构优化，在MS中是可选择的。Smart Minimizer中，牛顿法可以设定最大的原子数，如果体系的原子数大于所设定的值，则计算是会自动地转为前面设定的收敛法（共轭梯度法或最陡下降法），收敛精度会改为共轭梯度法的默认收敛精度值。
点开各种方法后面的More，见图3-11、3-12、3-13、3-14，可设定收敛精度（Convergence），算法（Algorithm）和一维搜索（Line search，指每一次迭代中的精度）等。
图3-11
图3-12
图3-13
图3-14
当Job结束后，结果被返回到Disco Min目录，最小化的结构被命名为3D Atomistic.xsd，并被保存在“3D Atomistic Disco Min”目录。还生成一个名为“3D Atomistic.out”的文本文档，它包含了有关计算的所有能量信息。同时还生成“SimulationEnergies.xcd”，它显示了能量随迭代次数的变化情况。如图3-15所
示。本次模拟得到如图3-16所示的结构，
图3-15
图3-16
3.1.5 高温弛豫
打开discover下的Dynamics，如图3-17所示。
图3-17
Ensemble（系综）： NVE、NVT、NPT、NPH。
Temperature：目标温度。 Pressure：给系统所施加的压力。
Number of steps：整个动力学所运行的总步数。
Time step：每一动力学步骤所花费的时间（单步长时间）。 Dynamics time：Number of steps×Time step（总模拟时间）。
Trajectory Save：Coordinates表示保存坐标；Final Structure表示只保存最终结构；Full表示保存所有。
Frame output every：若输入5000，则表示每5000步输出一帧（即晶体结构）。 此操作表示结构在2000K的温度下进行弛豫，此过程原子通过迁移、运动或者扩散，逐步降低原来的高内能态，向稳定的低内能态转变。运行结束后，可以通过调用Animation观看三维动画，见图3-18、3-19。
图3-18
图3-19
动画工具条可以控制三维窗口中动画文件的显示。 它包含以下命令： Play Backwards：倒映动画文件。 Step Backwards：每次向后放一帧 Stop：停止放映。
Step Forwards：每次一帧加速放映。 Play：放映动画。
Pause：暂停放映，再按一次后继续放映。 Animation Mode：显示动画模式下拉菜单，