这篇文章主要完成了Vampire，vdc，Povray的安装，以及使用这些工具完成1. Ni的温度-磁化率quxian 2. FM-AFM双层sc结构的构造与磁矩模拟方法

Vampire官网：link
Vampire github: github link
Vampire Workshop: link
Vampire Manual: 官网的pdf文档link是老旧过时的！新版手册请在github官网develop分支下的Manual目录下(link).tex文件编译得到。
Vampire Workshop 2020 April youtube channel: link
Vampire Workshop examples: github-link

Vampire是原子间尺度（Atomistic）磁性模拟软件，并非第一性原理计算（Ab-initio）软件。

当然，更重要的是要知道Atomistic模拟和Micromagnetics模拟的区别。

Atomistic：磁矩在原子上，体系是离散的，用的参数是J(exchange interaction)，Dij(DMI)。软件有Vampire，Spirits。
Micromagnetics：磁矩是连续体系的微元，体系是连续的，用的参数是A(exchange stiffness)，D(DMI)。软件有OOmmf，Ubermag，MuMax3。

安装Vampire

Vampire不像VASP是第一性原理计算，不需要VASP那样多使用服务器上的几十个Core并行运算，一般的家用PC就可以跑得动。

我使用的个人电脑均为Windows 10系统，而科学计算软件一般在Linux下都比较顺手，因此使用WSL（Windows Subsystem Linux）进行安装使用。

安装参考link，以及上面链接中Manual的推荐。在WSL的自己用户目录下（cd ~）操作（或者你喜欢的目录）：

1 2	git clone git://github.com/richard-evans/vampire.git cd vampire

下面，根据workshop视频中Richard的操作，他认为可以用develop分支而不是默认的master（注意，根据我的尝试，切换到develop分支，并行的编译会有问题。。。所以编译并行还是在master分支吧）

1	git checkout develop

个人计算还是用serial：

1	make serial

（使用个人电脑进行运算，不需要并行。如果需要并行，我会安装在学校服务器上，并需要mpi环境）

以后如果需要运行Vampire，则在自己工作目录下，准备好相关的input xxx.mat文件后运行

1	vampire目录/vampire-serial

并行安装Vampire

在学校服务器上需要运行并行版本。下载同理，注意转换分支为develop。

然后在服务器上配置一下编译环境，重点是有mpi环境。

1
2
3

module load compiler/gcc/9.1
module load intel-mkl/15
module load openmpi/4.0

在源代码中的makefile中，将开头改为-std=c++11:

#===================================================================
#
#								Makefile for VAMPIRE
#
#===================================================================

# Specify compiler for MPI compilation with openmpi
export OMPI_CXX=g++ -std=c++11

...

最后：

1	make parallel

实验一（Ni）

这里是尝试重复官网Workshop中Day1（PDF_link）的Ni磁化率曲线。

Vampire运行至少需要两个文件，input与xxx.mat(material意思)

`input` file

#-----------------------------------------
# Creation attributes:
#-----------------------------------------
create:crystal-structure=fcc 
create:periodic-boundaries-x 
create:periodic-boundaries-y 
create:periodic-boundaries-z
#-----------------------------------------
# System Dimensions:
#-----------------------------------------
dimensions:unit-cell-size = 3.524 !A 
dimensions:system-size-x = 4.0 !nm 
dimensions:system-size-y = 4.0 !nm 
dimensions:system-size-z = 4.0 !nm 
#-----------------------------------------
# Material Files:
#-----------------------------------------
material:file=Ni.mat
#-----------------------------------------
# Simulation attributes:
#-----------------------------------------
sim:temperature=300 
sim:minimum-temperature=0 
sim:maximum-temperature=800 
sim:temperature-increment=25 
sim:time-steps-increment=1 
sim:equilibration-time-steps=1000 
sim:loop-time-steps=1000
#-----------------------------------------
# Program and integrator details 
#-----------------------------------------
sim:program=curie-temperature 
sim:integrator=monte-carlo
#-----------------------------------------
# Data output
#-----------------------------------------
output:real-time 
output:temperature 
output:magnetisation 
output:magnetisation-length 
output:mean-magnetisation-length

`Ni.mat` file

#--------------------------------------------------
# Number of Materials
#--------------------------------------------------
material:num-materials=1
#--------------------------------------------------
# Material 1 Nickel Generic
#--------------------------------------------------
material[1]:material-name=Ni 
material[1]:damping-constant=0.01 
material[1]:exchange-matrix[1]=2.757e-21 
material[1]:atomic-spin-moment=0.606 !muB 
material[1]:uniaxial-anisotropy-constant=5.47e-26 
material[1]:material-element=Ni

然后就可以运行：

1	vampire目录/vampire-serial

`output` file

得到的结果在output中：

#----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
# Output file for vampire simulation
#   time       : 2020-03-04 15:41:45     process id : 1747
#   hostname   : 310Z-HK
#   path       : /home/kaihuang/vampire-test
#   version    : 5.0.1
#   githash    : 6dbac264cb70f1aa723736c1f7f1ef55aabcdef1
#----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2e-12	0	0	0	1	1	1		1	
4e-12	25	-0.0110833	0.0279752	0.999547	0.9866	0.9866		0.986502	
6e-12	50	-0.0428672	-0.0485014	0.997903	0.972436	0.972436		0.972492
………………………………………………

可以看出，output下部的每一行数据对应input Data output中的内容，

1	2e-12 0 0 0 1 1 1 1

第1个：real time（对mont carlo方法，时间无意义）
第2个：temperature
第3-6个：3-5是magnetisation在三个方向的值（且是单位矢量），第6个是磁矩模长，（具体的看Manual）
第7个：还是磁矩模长，其实重复了
第8个：mean-magnetisation-length，具体的看Manual吧。

安装vdc

VDC: Vampire data convertor

在Vampire的主目录下，

make vdc

完成后，使用方式即在工作目录下，运行

1	vampire目录/util/vdc/vdc --xyz

这里--xyz选项表示输出成.xyz文件（一种三维物体文件格式），我目前知道还有标签--povray。

若运行vampire目录/util/vdc/vdc不加任何标签，同样可以得到.pov文件。

**貌似有的坑：**已经在上面Vampire安装部分提到，如果用git clone下载源码，可能导致编译出来vdc运行时报错，如：

碰到这种情况，建议就是通过Zip文件link 重新进行源码下载并编译！（反正挺快的）

安装POV-Ray

这里是尝试按照官网Workshop中Day2（PDF-link）最后几页slide，同时参考GitHub上POV-Ray的官方文档（link）

git clone https://github.com/POV-Ray/povray.git

cd povray/
cd unix/
./prebuild.sh

这里运行./prebuild.sh发现缺少一些库，所以安装了：

1	sudo apt-get install autoconf

而后，按照ReadMe-link的建议把下列库全部装上：

libboost-dev
libboost-date-time-dev
libboost-thread-dev
zlib1g-dev
libpng12-dev #看下面
libjpeg8-dev #看下面
libtiff5-dev #看下面
libopenexr-dev

全部sudo apt-get install了，但是注意libpng12-dev貌似已经没有了（？），用libpng-dev：

sudo apt-get install libpng-dev

sudo apt-get update -y
sudo apt-get install -y libjpeg-dev
sudo apt-get install -y libtiff-dev

最后编译安装：

cd ..
./configure COMPILED_BY="your name <email@address>"
make
sudo make install # 不加sudo又是一个坑。

实验二（制作bilayer）

`input` file

#---------------------------------------------------
#system dimensions
#---------------------------------------------------
dimensions:system-size-x=4 !nm
dimensions:system-size-y=4 !nm
dimensions:system-size-z=10 !nm
dimensions:unit-cell-size=3.5 !A
#---------------------------------------------------
# Creation attributes
#---------------------------------------------------
create:crystal-structure=sc
create:periodic-boundaries-x
create:periodic-boundaries-y
#---------------------------------------------------
# Material files
#---------------------------------------------------
material:file=bilayer.mat
#---------------------------------------------------
# Simulation attributes
#---------------------------------------------------
sim:temperature=0.1
sim:total-time-steps=11000
sim:time-steps-increment=1000
sim:program=time-series
sim:integrator=monte-carlo
#---------------------------------------------------
# Data output
#---------------------------------------------------
output:time-steps
output:temperature
output:material-magnetisation
config:atoms
config:atoms-output-rate=10

config的存在目的就是：输出计算过程中的磁矩结构（spin snapshot）

`bilayer.mat` file

#---------------------------------------------------
# Number of Materials
#---------------------------------------------------
material:num-materials=2
#---------------------------------------------------
# Material 1 Ferromagnetic Layer
#---------------------------------------------------
material[1]:material-name=FM
material[1]:damping-constant=1.0
material[1]:exchange-matrix[1]=11.2e-21
material[1]:exchange-matrix[2]=11.2e-21
material[1]:atomic-spin-moment=2.0 !muB
material[1]:uniaxial-anisotropy-constant=-1.0e-24
material[1]:material-element=Ag
material[1]:minimum-height=0.0
material[1]:maximum-height=0.5
material[1]:initial-spin-direction=1,0,0
#---------------------------------------------------
# Material 2 Anti-ferromagnetic Layer
#---------------------------------------------------
material[2]:material-name=FM
material[2]:damping-constant=1.0
material[2]:exchange-matrix[1]=11.2e-21
material[2]:exchange-matrix[2]=-11.2e-21
material[2]:atomic-spin-moment=2.0 !muB
material[2]:uniaxial-anisotropy-constant=-1.0e-24
material[2]:material-element=Fe
material[2]:minimum-height=0.5
material[2]:maximum-height=1.0
material[2]:initial-spin-direction=random