超导材料一直物理学和材料学的热门研究内容，而最近高温超导领域出现了爆炸性的消息：德国马普化学研究所 M. I. Eremets 教授等人通过实验合成 Fm3 m-LaH10 在 170 GPa 的超导转变温度 Tc 为 240 K（DOI: 10.1038/s41586-019-1201-8）。而在这个实验之前，刘寒雨等人（DOI: 10.1073/pnas.1704505114）已经通过CALYPSO（晶体结构预测软件，和 USPEX 类似）和 Quantum-ESPRESSO 预测出这个结果。虽然 170 GPa 这个条件使得材料实际用途渺茫，但是通过理论计算就能准确的预测出材料，来指导实验，为什么不学学呢？
一、USPEX 简介
USPEX: Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography. USPEX 代码能够通过仅仅只知道材料的化学成分来预测具有任意 P-T 条件的晶体结构。在全世界有6000多名研究人员使用它，它的出现极大的促进了相关领域的发展。而它的发明者：Oganov教授，通过这个软件做出了一系列漂亮的结果，也在本公众号名师志里面做了简单的介绍。
对于中国的科研工作者，提到 USPEX，也不得不提一下 CALYPSO，因为两者主要功能有些重叠，而 CALYPSO 的主要是由吉林大学的马琰铭教授主导开发的。因为本篇教程只是为介绍 USPEX，对于 CALYPSO 就不做过多的介绍了，既然 CALYPSO 预测出 Fm3 m-LaH10 这个高温超导材料，那么我们用 USPEX 来做一下！
二、 下载安装
要想用 USPEX 来计算，得有 USPEX 软件。那么现在就请打开浏览器进入：
https://uspex-team.org/en/uspex/downloads，这个是 USPEX 下载地址。
打开网址之后，会出现如上图所示的界面，然后点击红色标记的 register 进行注册和登录。
如上图所示，先进行第一步注册，信息尽量填真实一点，尤其是邮箱，因为点击提交之后，会发送密码到你的邮箱里面，接着第二步，用注册的邮箱号和发送来的密码进行登录，登录之后会显示用户信息，我们不管这些，点下面红色标记的 Download，出现两个版本的 USPEX，我们选择 USPEX-9.4.4。为什么呢？
USPEX-9.4.4 是 USPEX 最经典的版本，体积最小，而最新的版本的体积急剧膨胀，相对老的版本，最新版本是Oganov教授团队采用 Python 将 USPEX-9.4.4 (MATLAB)改写了一遍，无大的新功能增加，发布时间较短，质量无法得到保证。更主要的是，USPEX-9.4.4 有中文文档！
下载好之后，我们进行下一步：安装。把软件包传到课题组的服务器或超算上面去，并且确保机器上有 MATLAB 或者Octave，假如都没有，并且机器与外网隔离的情况下，可以参考这个安装 MATLAB( https: //blog.csdn.net/pihuanwan3227/article/details/84849969 ), 参考这个安装Octave (https://www.cnblogs.com/freeweb/p/7124589.html)。
假如1.你安装包已经上传到机器上面了；2.机器上有 MATLAB 或者 Octave，那么我们就来安装 USPEX 吧。解压安装包：tar –xvf USPEX-9.4.4..tar.gz。然后进入目录，你会发现如下文件及文件夹：
其文件结构和内容如下：
其中
1.文件夹 doc 里面包含 USPEX 手册（uspex_manual_chinese.pdf 是 USPEX 中文版手册）；
2.文件夹 examples 包含标准的 USPEX 的 22 个程序例子，通过名字可以很清晰的了解到其对应的总能计算软件和计算功；
3.文件夹 lib 是一些 USPEX 使用的 Python2 库；
4.文件夹 src 包含 USPEX 的主要程序代码，其中 FunctionFolder 文件夹是 USPEX 核心代码，饱和了 USPEX 所有功能的实现，Submission 文件夹是提交 USPEX 计算任务的相关代码，USPEX.m 主程序入口；
5.文件 INSTALL 是安装说明；6.USPEX 是 USPEX 程序启动器，不用管它;7.install.sh 是 USPEX 安装脚本。接下进行安装: ./install.sh，。接下来会提示让填写安装地址(笔者的机器里面 Octave 已经安装好，所以显示 Octave。当然 MATLAB 安装好，也会显示 MATLAB)。
图中画红色的部分就是安装过程需要填写的内容，第1 个就是填写你需要安装 USPEX 的目录，一定确定是存在的目录的，建议填写绝对路径。第2 和第3 就是确定所安装的目录。如果这三项填写好，接下来还有重要的最后三步（这个就是设置环境变量，能够当前用户能够直接调用 USPEX）：
1. vi ~/.bashrc 2.export PATH=$PATH: /home/xiaoming/EDU/USPEX 3.export USPEXPATH=/home/xiaoming/EDU/USPEX/src
其中/home/xiaoming/EDU/USPEX为USPEX安装目录。这些做完之后，Have fun with USPEX!
三、 进行计算
在上一步中已经成功安装好 USPEX 了，这时候可以使用 USPEX 进行计算了，本教程以前面提到的 La-H 二元体系进行结构搜索，带你简单入门 USPEX。注意：本教程使用的是最主流的软件组合：USPEX+VASP，本教程需要 VASP 已安装好，至于 VASP 懂不懂并不影响本教程的使用。
3.1 准备输入文件首先建立一个名为/La-H/0GPa的文件夹，进入这个文件之后，在终端输入命令： USPEX –g,然后查看文件夹 0GPa，会发现多了四个文件夹：AntiSeeds、Seeds、Specific、Submission。如下图所示：
其中，AntiSeeds 和 Seeds 文件夹中里面的存放的的是结构文件，由于本教程使用的是VASP进行计算，故这两个文件夹放的是 POSCARS 的文件（至于为什么是POSCARS，等下解释）。而
Specific 文件夹里面放的是 VASP 进行计算时，需要的和赝势文件，而 Submission 文件夹里面放的是 USPEX 各种方式提交任务的脚本。这 4 个文件夹是 USPEX 程序自动生成的，因而需要进入每个文件夹里面进行修改或者准备所需要的输入文件。接下来我们一个个文件来进行详细说明（划重点）。
a. AntiSeeds 文件夹，这个文件顾名思义，就是禁止 USPEX 生成的结构的种子文件，与 Seeds 文件夹作用相反，并且这个功能不常使用，本教程 AntiSeeds 文件夹就不设置，不用管它，直接考虑 Seeds 文件夹。
b. Seeds文件夹，这个文件夹就是USPEX计算时，需要种子文件存放的地方。好了，既然需要种子文件，那么我们来准备种子文件吧。本教程要进行搜索的是 La-H 体系，那么开始准备La、H结构文件吧。首先到日本晶体结构数据NIMS网站(https://crystdb.nims.go.jp/crystdb/search-materials: 免费注册且免费下载，并且里面结构文件多数有其引用的相关文献)上找结构。
上面两图分别是La、H的所有结构文件，
1）、把这两种元素的cif结构文件全部下载下来；
2)、用VESTA (http://www.jp-minerals.org/vesta/en/download.html：下载后解压即可使用，功能很强大的软件) 打开，另存为VASP5 格式的POSCAR文件；
3）、打包上传到机器上刚刚建立的/La-H/0GPa /Seeds文件下；
4)、包把La和H的POSCAR文件合并为一个文件，并命名为POSCARS (1、可以使用cat 命令合并，如：cat POSCAR_La* POSCAR_H >> POSCARS，2、建议查看一下POSCARS文件格式，假如有类似乱码的东西，dos2unix POSCARS百度了解一下)。
c. Specific文件夹,这个文件夹主要存放的是USPEX控制的VASP进行计算的输入文件，由于本教程是La-H体系在0 GPa的变组分结构搜索，主要是用VASP计算USPEX生成结构的能量，因而这个文件内主要是POSCAR进行结构优化的文件如下图所示：
INCAR_1-5: 这样设置的主要原因：考虑有你的初始结构通常远离局部最小点，在这种情况下，INCAR_1，2首先应该在保持体积固定的情况下（ISIF=4）弛豫原子和晶胞形状，然后在INCAR_3，4中做完全弛豫（ISIF=3），在INCAR_5中完成非常精确的单点计算（ISIF=2，NSW=0）（至于更具体的细节问题，手册上有详细的描述，请查看手册第3章第3.4小节）。值得注意的是：K点设置由USPEX自动生成了，无需考虑。
d. Submission文件夹, 这个文件夹主要是USPEX来提交计算任务和检查计算任务的情况的一些脚本。一般情况下，提交计算任务都是通过登陆到服务器上进行提交，那么这时候需要修改submitJob_local.m和checkStatus_local.m这两个脚本。
这是checkStatus_local.m脚本，一般情况需要修改的只有第21行，这行的意思：就是假如任务不是在排队等待或者是正在晕行，就认为任务算完了。作者需要根据机器上安装的作业系统进行修改，相信搞科研的这个小问题解决起来肯定没问题的。
这个是submitJob_local.m脚本，需要修改的是第11行到第17行，这个修改主要是根据需要根据自己机器上提交任务脚本来修改的，基本上就是提交任务脚本的内容复制到单引号中去。
假如读者属于特殊情况，那么就参考上面的解释，并仔细阅读/Submission/README 文档，根据实际情况修改。
e. INPUT.txt
USPEX 自动生成的4个文件夹已经处理好了，那么接下来就是控制USPEX计算的输入文件：INPUT.txt (固定名字的文件)，在/La-H/0GPa文件通过文本编辑器(vi INPUT.txt)，把上面的内容输入进去，并并保存，下面来解释每行代表的意思，这是超级重重点。
上图都是USPEX计算输入控制文件：INPUT.txt主要内容，棕黄色的数字标志是行数，只是为了显示方便，不是需要输入的内容。
1-3行、为注释说明行。第4行、为选择计算类型行，主要是选择什么样的计算方法进行不同类型的计算，目前USPEX支持四种计算方法分别为：USPEX、VCNEB、META、PSO等。但目前采用变组分结构搜索的话，选用其王牌类型，USPEX就行，其他方法请参阅手册第5行、需要计算的结构类型、是否为分子和是否为变组分计算，301：3代表了三维块状结构，0代表了不是分子，1代表了采用变组分。第6行、1是代表了进行结构搜索最稳定结构时采用了生成焓作为筛选标准，当然还有其他标准：体积，硬度，结构有序度等等，详情参阅手册。第7行、1代表了设置允许系统自动进行进化的变分操作，这个设置能加快运算。
当然你如果在自己机器上使用了MATLAB把 –o 去掉就行了，-o的意思是使用octave。
2、 提交USPEX任务
如果前面一切输入文件准备好了之后，那么我们可以开始了神奇的USPEX变组分结构搜索之旅了。终端输入命令：n nohup ./uspex_Lah0.sh >> log &（其中uspex_Lah0.sh就是1.f中提到的提交USPEX任务的脚本）。如下图所示：
自此任务已经提交，然后检查 log，看是否出错，然后再修正。当然，又回到原来的 La-H 超导问题，至于本教程计算结果的处理，以及计算过程中文件分析，有机会再介绍吧！但是看完教程到这里，然后自己又动手做了，恭喜你，学会了水文章利器！！
至于 USPEX 更高级一点或者其他功能教程需求，欢迎提出。晶体结构预测方法和软件还有很多：AIRSS、CALYPSO、IM2ODE、MHM、MOLPAK、MUSE、RandSpg、XtalOpt、GASP、CrySPY 和 EVO 等，有机会的话，可以再介绍介绍！笔者仅仅只是一个搬运工。
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