核心概述

SPaMD是由北京航空航天大学MICID课题组自2015年开发的材料集成计算平台，专注于原子尺度材料建模、计算/模拟、分析和可视化。该软件可在Windows/Linux/MacOS系统下实现简洁的图形界面，快速完成复杂模型构建、高通量流程设计、自动化分析处理和高品质绘图，为用户提供从模型创建、计算模拟、性能预测到结果分析、可视化编辑的全流程集成工作平台。其核心建模、模拟和分析技术均由MICID课题组自主研发。

模型创建

内置强大的ICSD、PCD和ASM结构原型库，支持创建各类晶体结构；集成三大建模工具包ATOMKIT、CRYSKIT和SURFKIT，支持原子结构、晶体结构、表面结构、界面结构、纳米结构等复杂建模；提供数十种专业模块，可构建单晶、多晶、复合多晶、核壳结构、掺杂结构、固溶结构、吸附表面、最小失配界面、纳米多层膜、织构纳米复合材料、位错模型、裂纹模型等。

计算模拟

可视化界面采用模块化图形交互设计；支持调用自主研发的SPaMD模拟器，兼容LAMMPS开源分子动力学模拟器，集成VASP量子力学软件接口；支持Windows界面下的同步/并行任务控制。

性能预测

包含丰富的静态性能预测和动态行为模拟模块，实现高通量全流程仿真，如裂纹尖端应力强度因子高通量筛选、多冲击工况并发模拟、界面连续扭转力学响应高通量分析等。支撑各类计算引擎的全流程自动化设计接口，包括SPaMD/LAMMPS经典力学模拟器和VASP量子力学计算模块。

原子分析

嵌载自主研发的AACSD和AADIS结构分析软件，除常规CNA、CSP、CNP、BAA分析方法外，支持课题组提出的OIM取向分析、LCO晶格相关分析以及NTA、IDA、SVA等矢量分析方法。支持高分辨率图像输出及多样化配色、映射与渲染方案。

功能特性

1. 用户友好的图形化操作与可视化界面；
2. 基于VASP和VASPMATE的高通量第一性原理计算模块（ABADE、ACOHP、AEDOS、ABAND、APHON、AHULL、AELAS、ADAIS、ASURF、AVCDD、AWFUN等）；
3. 高分辨率可视化能力：能带粗细图、3D能带结构、费米面、实空间波函数等，支持多面体/平面/矢量原子可视化模式；
4. 高效模块化建模系统：可直接构建纳米颗粒、纳米线、纳米片、异轴比多晶、双层/多层结构以及位错裂纹模型；
5. 定制化ATOMKIT建模系统：支持几何选择（切片/立方体/球体/棱柱/多面体）、多级区域调控（移动/变形/旋转）与布尔选择（与/或/非），以及基础操作（添加/删除/随机位移/复制/变形）；
6. 预配置工作流模板：支持快速调用预设操作，在不同仿真中复用相同参数配置；
7. 自适应实时分析：支持CNA、BAA、CSP、CNP、OIM、LCO等拓扑分析方法（源自AACSD代码）；
8. 鲁棒后处理系统：集成矢量与张量分析方法DVA、STA、DDA、SVA、IDA、NTA（源自AADIS代码）；
9. 高通量任务管理系统：支持动态拉伸/压缩、冲击加载、断裂韧性计算等自动化仿真流程（通过SPaMD Simulator或LAMMPS等外部模拟器）；
10. 内置SPaMD模拟器：支持NVE、NVT、NPT系综分子动力学模拟，以及CG和FIRE算法的分子静力学计算。

界面示例

SPaMD技术说明书

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版本更新

• V1.6更新： 建模：新增SQS构建器、枚举法、随机法、进化算法四大建模模块。模拟：集成Miedema热力学计算器，新增CP2K的结构优化/单点计算/分子动力学模块。采用输入-选择组合式控件优化对话框设计。改进VASP/LAMMPS界面布局，支持远程服务器工作目录选择。磁学计算自动识别参数功能（参见Userseries）。新增AHULL等高通量模拟实现。原子选择模式下：右键拖拽移动原子，Shift+左键改变视角，Shift+右键拖拽平移视角。
• V1.5更新： 模拟：重构VASP交互界面。新增VASP/Basiseries模块：结构优化/单点计算/分子动力学/基础能带/能带粗细图/3D能带/态密度/费米面/价电荷密度/分电荷密度/电子局域函数/局域势场/实空间波函数。增加模拟任务默认服务器端口选择。支持计算结果自动下载与预览。分析：集成AADIS模块原位可视化（DVA/STA/SVA/IDA/NYE/NTA）。优化实空间波函数分析速度与内存占用。新增可视化工具：线+符号曲线图/散点+色阶图/气泡+色阶图/矢量+色阶图。支持CSV文件数据曲线叠加绘制。
• V1.4更新： 模拟：新增ABADE、ACOHP等高通量实现。分析：VASP数据分析器新增能带粗细图/3D能带/费米面模块。实空间波函数体积数据分析模块。可视化：新增多面体/平面/矢量原子渲染模式。重构化学键定义机制，支持复杂原子截断半径。优化色阶条自定义功能。新增布里渊区可视化/K路径定义/费米面可视化模块。新增3D数据彩色填充曲面可视化。
• V1.3更新： 新增AELAS/ADAIS/ASURF/AEDOS/ABAND/APHON等高通量模块。VASP分析模块新增态密度/能带结构分析器(VASPDV)、电荷密度差/电子局域函数分析器(VASPVV)。修复建模/模拟/可视化模块缺陷。
• V1.2更新： 建模：集成Surfkit表面建模工具包。支持通过GUI扩展VASP泛函。修复模拟/可视化模块缺陷。
• V1.1更新： 建模：集成Cryskit晶体建模工具包。修复模拟模块缺陷，支持终端任务提交。

授权许可

SPaMD受版权保护，学术、科研、教育及非商业用户经授权可免费使用。商业用户可暂免费用使用，或通过签订专利授权/技术支持协议获取许可。本软件按"原样"提供，不承担任何明示或暗示的担保责任。获取软件访问码请通过注册链接或发送注册表至邮箱：zrfcms@buaa.edu.cn

参考文献

1. Z. R. Liu, B. N. Yao, and R. F. Zhang*. SPaMD Studio: An integrated platform for atomistic modeling, simulation, analysis and visualization, Computational Materials Science 210, 111027 (2022)
2. Z. C. Pan, Z. R. Liu, T. F. Xu, D. Legut, and R. F. Zhang*. VASPMATE: an integrated user-interface program for high-throughput first principles calculation through VASP code, Computational Materials Science 233, 112707 (2024).
3. Z. R. Liu and R. F. Zhang*. Surfkit: An atomic toolkit for surface modelling with molecular adsorption, Computational Materials Science 240, 112996 (2024).
4. B. N. Yao and R. F. Zhang*. AADIS: Atomistic Analyzer for dislocation character and distributions, Computer Physics Communications 247, 106857 (2020).
5. Z. R. Liu and R. F. Zhang*. AACSD: An atomistic analyzer for crystal structure and defects, Computer Physics Communications 222, 229 (2018).

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