ATAT 入门与输入文件

ATAT 将结构生成、簇展开与有限温度统计连接起来。本专题按实际操作拆成 11 篇教程与 7 篇命令参考；包含真实计算的表格、16 张图片和可重跑附件。先从环境与结构文件开始，再按自己的任务选择阅读。

下载完整 PDF · 下载算例与全部资料（约 4.9 MB，含输入、参考输出、作业脚本与重绘脚本）。

操作与实算阅读顺序#

按用途查命令#

• ATAT 结构与对称性命令：结构生成、坐标转换、近邻、原型、路径、缺陷及离散磁态等21个命令。
• ATAT SQS 与簇展开命令：mcsqs、关联函数、maps/mmaps、回归、模型预测及张量/CVM的15个命令。
• ATAT 蒙特卡洛与应变命令：emc2、memc2、phb、mcdroplast、csfit、gencs和apb的完整选项。
• ATAT VASP 与自由能命令：VASP接口、声子、电子项、体模量与高级弛豫工具的14个命令。
• ATAT CALPHAD 与绘图命令：sqs2tdb、OpenCalphad驱动、坐标及网格转换的6个命令。
• ATAT 任务组织与 MPI 命令：任务状态、负载工具、集群MPI入口和命令列表划分的8个命令。
• ATAT 文本与批处理命令：表达式、数值提取、换行转换、向上查找及按目录执行的7个命令。

以下从环境和输入文件开始。全部参数以当前模块 atat/3.52-8173m 为准；命令参考覆盖其 78 个入口。完整材料计算还需相应能量程序、数据与方法设置。

ATAT 能解决什么问题#

ATAT 是一组相互配合的合金理论工具。它既能寻找代表无序固溶体的原子排列，也能把许多结构的能量组织为簇展开，再用蒙特卡洛研究有限温度下的构型行为。

ATAT 本身不会自动把一种元素组合变成可靠的相图。结构能量或受力需要由 VASP 等电子结构程序或适合该材料的势函数提供；晶格选择、磁性、弛豫方式、能量一致性、训练集覆盖和统计收敛都影响最终结果。

本文明确区分三类数据：Cu–Au 能量和 Al 体积扫描使用 VASP/PBE；Al 声子、三元合金和应变能的部分教学例使用 ASE 的 EMT 势；二元蒙特卡洛使用 ATAT 自带 examples/mc 的已给定哈密顿量。这些方法都实际执行过，但不能把它们互相替代，也不能将教学模型曲线称为实验相图。

开始使用：环境、目录和任务提交#

加载环境#

module load atat/3.52-8173m
yskit atat-init

也可以输入 yskit，在软件环境配置入口中完成 ATAT 初始化。初始化只创建缺失的个人配置，已有配置保持不变。

ATAT 的常规搜索与蒙特卡洛没有通用的 GPU 加速开关。MPI 版 ATAT 与 VASP 使用的 MPI 环境不同，分别使用对应作业模板，避免在同一终端反复混装 MPI。不要在 atat-vasp 或 atat-mpigenstr 外面再套一层 mpirun。

下载算例后如何使用#

先解压算例包。在某个算例的副本中工作，保留原来的输入和参考结果：

cp -r examples my-atat
cd my-atat/01-sqs-fcc32

算例包将 input/ 与 reference/ 分开。保留相邻的 common/ 目录，它提供随文的能量、受力和拟合接口。在算例根目录提交 sbatch submit.sh，脚本会自动进入 input/。如果逐条操作正文命令，再手动进入干净的 input/；不要把 stop、stopsqs、旧 bestsqs.out、旧 error 等状态文件带入新计算。

在集群里提交#

普通计算通过 Slurm 提交。yskit 能找到对应的 ATAT 脚本；核时用户的模板位于：

/public/slurm_scripts/hs_user/atat/3.52/8173m/

套餐用户使用同层的 tc_user 入口。通常先把对应模板复制到自己的算例目录，再使用短命令提交：

sbatch sub_mcsqs_multi.sh 32 250000

这里 32 是 SQS 总原子数，250000 是每个搜索进程的步数上限，都不是申请的 CPU 核数。现行 CPU 模板默认申请 56 核整节点；sub_mcsqs_single.sh 是历史文件名，目前也按模板设置启动多个搜索进程，不能仅凭文件名判断资源数量。

正文展示的 mcsqs、maps、fitfc 等科学计算命令，应放在获得计算资源的作业里运行。不能因为某个程序只开一个进程，就默认适合在登录终端长时间运行。

先读懂 ATAT 的结构文件#

lat.in：允许出现哪些原子排列#

下面是 FCC Cu–Au 母晶格：

3.85 3.85 3.85 90 90 90
0   0.5 0.5
0.5 0   0.5
0.5 0.5 0
0 0 0 Cu,Au

第一行定义参考坐标轴：三个轴长及其夹角。接下来的三行定义晶胞矢量，使用这些参考轴作基底。最后一行给出一个格点的位置，以及该位置可以放置的元素。逗号表示可替换的物种，不能写成带空格的 Cu, Au。

这不是“第一行已经给出了晶胞，下面三行可以随便填”的格式。上例的实际晶胞是 FCC 原胞，体积为 3.85³/4，每个原胞只有一个可替换格点。原子坐标也相对于第一行定义的参考轴，不自动等于相对于后面三条晶胞矢量的分数坐标。

参考轴也可以写成三行笛卡尔向量；这时一个结构通常有六行几何信息，之后才是原子列表。看见 str.out 的六行开头不要误删前三行。

str.out：一个已经确定的结构#

例如 Cu₃Au 的 L1₂ 常规胞：

3.8 3.8 3.8 90 90 90
1 0 0
0 1 0
0 0 1
0   0   0   Au
0   0.5 0.5 Cu
0.5 0   0.5 Cu
0.5 0.5 0   Cu

lat.in 写“允许 Cu 或 Au”，str.out 写“这里实际是 Cu”。固定子晶格只写一种元素，例如 N；空位可以使用 Vac。同一项研究中的元素命名、格点允许占据种类和坐标轴要保持一致。

rndstr.in：目标无序态#

SQS 输入把最后一行改成概率：

0 0 0 Cu=0.5,Au=0.5

每个可替换子晶格上的概率和应为 1，超胞中的各元素数还必须能取整数。例如三元等比例 24 原子对应 8/8/8；10 原子的三元等比例超胞不能严格满足这个组分。固定 N 子晶格也占总原子数，不能从 -n 中漏掉。

转换、检查和可视化#

cellcvrt -pn < str.out
cellcvrt -pv < str.out
str2poscar < str.out > POSCAR
str2cif < str.out > structure.cif
str2xyz 1 1 1 str.out > structure.xyz

前两条分别输出原子数和晶胞体积；后三条用于 VASP、晶体可视化软件和 XYZ 查看器。str2poscar 会按物种组织原子顺序，拼接 POTCAR 时必须使用输出 POSCAR 的元素顺序。str2poscar -r < POSCAR > str.out 可以反向转换，但旧式 POSCAR 没有元素名，反向结果的物种标签需要核对。

cellcvrt -c 输出笛卡尔坐标；-f 把晶胞用作分数坐标基底；-ss=2 按参考轴方向生成超胞。对于非正交原胞，不要想当然地把 -ss=2 理解为“恰好 8 倍的原胞”——先检查原子数和晶胞矢量，再决定是否使用 -uss=文件 给定超胞。

数据和配套算例#

下载完整实算资料包，保留 examples/common，进入所需算例目录执行 sbatch submit.sh。输入、参考结果、科学设置和重跑方式均在各目录的 README 中。

实算数据下载#

下列CSV可在Python、Origin等工具中直接读取；数值单位和方法设置见对应文章，结构与完整输出在资料包中。

• al_bulk.csv
• al_phonon_dispersion.csv
• al_vibration.csv
• constituent_strain.csv
• cuau_dft.csv
• dft_convergence.csv
• electronic_free_energy.csv
• mc_temperature.csv
• phase_boundary.csv
• sqs_extended_correlations.csv
• summary.json
• ternary_mc.csv