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CrystalMaker 11

By 2026년 02월 10일No Comments

CrystalMaker® 11 소개

CrystalMaker는 결정과 분자 구조를 시각화하는 가장 효율적인 방법입니다. 대화형 디자인을 통해 “숲 대신 나무를 보고” 복잡한 재료에 대해 시각적으로 이해할 수 있습니다. CrystalMaker는 기존 결정학 소프트웨어를 뛰어넘어 회전하는 애니메이션을 동적으로 시각화 할 수 있습니다. 에너지 모델링 도구를 사용하면 새로운 구조를 설계 및 이완하고, 진동 특성을 예측하며, 다른 재료와 상호 작용하는 방식을 탐색할 수 있습니다.

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완벽한 결정 에너지 모델링(Full Crystal-Energy Modelling)

CrystalMaker 11은 10 년간의 연구 프로젝트의 산물로 이 기간 동안 박사 학위 프로젝트와 지식 이전 파트너십(Knowledge Transfer Partnership)을 후원했습니다. 우리의 목표는 개인용 컴퓨터를 위한 에너지 모델링과 격자 역학 도구(Lattice Dynamics Tools)를 개발하는 것이었는데, 이는 복잡한 구조와 속성에 대한 최고의 시각적 이해를 제공하고, 에너지를 낭비하는 슈퍼컴퓨터 없이 워크스테이션 수준의 도구를 보다 많은 과학 컴퓨터에 제공하려는 장기적인 목표를 기반으로 합니다.

참조 :

Gao, M., Palmer, DC & Dove, MT (2025) CrystalMaker® 11을 이용한 분자 및 격자 시뮬레이션의 새로운 접근법. MRS Communications 15:1007-1016. https://doi.org/10.1557/s43579-025-00793-y ← 오픈 액세스!

CrystalMaker 11에서 페로브스카이트 구조를 완화하는 방법.


▶ CrystalMaker의 모델링 기능이 특별한 이유는 무엇일까요?

  • 매개변수화된 포텐셜을 사용하는 힘장 접근법은 DFT를 사용하여 보정됩니다. DFT의 모든 장점을 그대로 유지하면서도 훨씬 더 큰 시스템에서 실시간으로 작동하며, 노트북에서도 사용할 수 있습니다!
  • 결합 환경에 기반한 스마트한 전위 선택: 추가적인 사용자 입력이 필요하지 않습니다.
  • 몬테카를로 기법은 평형 상태에서 멀리 떨어진 구조, 예를 들어 결합 길이가 지나치게 길거나 결합 각도가 왜곡된 조잡한 수작업 구조까지도 완화할 수 있게 해줍니다!
  • 정밀도 향상을 위해 하이브리드 최소제곱법 사이클이 추가되었습니다.
  • 정제 과정 중에는 그래프 형태로 에너지 출력을 제공하며, 이후에는 메뉴 명령을 통해 확인할 수 있습니다.
  • 결정(포논) 및 분자의 진동 모드(진동 주파수 포함)를 계산하며, 분자의 경우 적외선 스펙트럼을 시뮬레이션합니다.

 

포논 탐색기(Phonons Explorer)

CrystalMaker 11은 분산 곡선(Dispersion Curves) 및 구조 애니메이션(Structural Animations)을 포함하여 결정의 진동 모드를 계산할 수 있습니다. 격자파(Lattice Waves) 또는 ‘포논(Phonons)은 상호 공간의 모든 지점에 대해 시각화 할 수 있으며 상호 공간에서 두 점을 지정하고 해당 분산 곡선을 표시할 수 있습니다. 파동 벡터(Wave Vector)를 정의하고 진동 모드(Vibrational Mode) 시각화를 위해 분산 곡선의 한 점만 클릭 하면 됩니다.  

할라이트 구조에서 광학적 포논 모드를 시각화한 그림.

 

Simulate Temperature & Pressure

온도 와 압력 시뮬레이션 명령을 사용하면 온도 와 압력(선택 사항)의 영향을 시뮬레이션 할 수 있습니다. CrystalMaker는 사용자가 지정한 온도/압력을 사용하여 일정한 부피(“NVT”) 또는 일정한 압력(“NPT”)을 사용하여 Monte Carlo 시뮬레이션을 실행합니다. 구조(이상적으로는 슈퍼셀)는 에너지 값이 표시되어 실시간으로 업데이트 됩니다.

이 명령은 구조적 변화의 대화형 시각화를 제공할 뿐만 아니라, 예를 들어 후속 모델링 계산을 위해, “비정질(Amorphous)” 구조를 제공하기 위해 이상적인 재료를 무질서하게 만드는 유용한 방법을 제공합니다.

1000K에서의 암염에 대한 몬테카를로 시뮬레이션.

 

물리적 & 열역학적 특성(Physical & Thermodynamics Properties)

CrystalMaker는 에너지 모델링의 일부로서 결정의 상태 밀도(Density of States)를 계산할 수 있습니다. 이는 다양한 진동 주파수(Different Vibrational Frequencies)의 상대적 모집단(Relative Population)을 보여주는 히스토그램으로 시각화하며 기본 계산은 물리적, 열역학적 특성에 대한 예측을 뒷받침합니다.


▶  계산된 속성 :

  • 영점 에너지
  • 진동 에너지
  • 헬름홀츠 자유 에너지
  • 엔트로피
  • 비열 용량
  • 탄성 상수 텐서
  • 탄성 계수
  • 음향 속도: 횡파(“s파”)와 종파(“p파”).
  • 영률
  • 푸아송 비
  • 유전 텐서
  • 굴절률

 

분자 모델링 & 진동 모드(Molecular Modelling & Vibrational Modes)

Crystalmaker를 사용하면 손으로 그린 조잡한 분자 구조를 가장 낮은 에너지의 3차원 구조로 바꿀 수 있으며 실시간으로 이완 상태를 시각화 할 수 있습니다. 이완되는 동안 모델을 회전할 수도 있습니다.[비디오 참조]

에텐의 진동 모드를 시각화했습니다. 왼쪽에는 허용되는 모든 모드(6개의 영주파수 병진 모드 포함)가 나열되어 있습니다. 선택된 모드는 애니메이션으로 표시되며, 사용자는 진폭, 속도 및 품질(프레임 수)을 조정할 수 있습니다. 애니메이션 모델은 회전 및 크기 조절이 가능하며, 다양한 모델 유형(예: 막대형 보기 또는 공간 채움 보기)으로 볼 수 있습니다. 현재 모드는 화면 하단의 계산된 적외선 스펙트럼에서 강조 표시되어 있습니다.

 

분자 결정 도구(Molecular Crystal Tools)

“숲 대신 나무를 보라”는 우리의 진언은 복잡한 분자 결정을 다룰 때 특히 적절합니다. 종종 비대칭 단위 – 시작 용 패킹 – 보다 더 많은 것을 볼 수 있으며 다른 프로그램은 단위 셀의 가장자리에 있는 단편화된 분자로 인해 어려움을 겪습니다.    

CrystalMaker의 전용 도구를 사용하면 하나의 단위 셀의 무결 내용을 표시하고, 개별 분자를 분리하거나 비대칭 단위를 표시할 수 있습니다. “조각난(fragmented)” 분자를 복구하고 원자의 가장 가까운 이웃을 따라 플롯 범위를 “키우고(grow)”, 복잡한 비디오에서 의미를 찾을 수 있습니다.

이제 분자 결정에서 선택한 분자에 대해 짧은 비결합 접촉(non-bonded contacts/밀접 접촉”close contacts”)을 표시할 수도 있습니다. 관심 있는 분자에서 원자를 선택하고 선택(Selection) > 가까운 연락처 표시(Show Close Contacts) 명령을 선택하면 됩니다. 가까운 접촉은 선택한 분자의 원자와 이웃 분자 사이의 2차 결합으로 표시됩니다. [비디오 참조]

 

패킹 탐색기(Packing Explorer)

CrystalMaker 11은 새로운 결정 구조를 설계하기 위한 최고의 도구입니다. 완전히 새로운 Packing Explorer를 사용하면 대칭, 셀 매개변수, 분자 방향과 위치 지정을 완벽하게 제어하고 밀접 접촉(close contacts)을 실시간으로 표시하는 옵션을 통해 분자를 결정으로 변환할 수 있습니다.

새로운 도구 스트립(Tool Strip)은 실시간 회전, 위치 지정, 측정 및 크기 조정을 위한 도구와 함께, 새로운 검사기는 포장 효율성과 밀도에 대한 실시간 업데이트를 제공하는 애니메이션 공개 그룹(animated disclosure groups)을 제공합니다.

패킹 탐색기를 사용하여 분자를 결정 구조로 패킹하는 과정입니다. 공간군은 P1으로 설정하고 , 분자를 회전 및 이동시킨 후, 단위 셀 매개변수를 최종적으로 조정합니다. 생성된 결정 구조에서 가장 중심에 위치한 분자의 근접 접촉 거리가 표시됩니다.

 

프로브 원자 환경(Probe Atomic Environments)

CrystalMaker는 결합 거리(bond distances), 각도, 비틀림(torsion angles) 등 조정 환경을 측정하기 위해 사용하기 쉬운 화면 도구를 제공합니다. 마우스로 클릭하거나 다양한 원자 및 결합(bonds)을 롤오버(role over)하면 실시간 출력[비디오 참조]을 할 수 있습니다. 실시간 반경 조정을 통해 조정 클러스터(coordination clusters)와 쉘(shells)을 시각화 할 수도 있습니다(예 : 마우스 클릭 한번[비디오 참조]으로 구형 나노 입자 구축.

자세한 접착 거리(bond distance)와 각도 정보는 화면에서 확인하거나 텍스트 파일로 내보낼 수 있습니다. 강력한 거리 탐색기(Distance Explorer)를 사용하면 요소(elements)나 사이트 조합을 중심으로 조정 환경(coordination environments)을 그래픽으로 시각화 할 수[비디오 참조] 있습니다. 선택한 요소 쌍(element pairs)에 대한 “부분(partial)” 쌍 분포[비디오 참조] 함수를 볼 수 있는 옵션을 사용하여 X선 또는 중성자 쌍 분포 함수를 시각화 할 수도 있습니다.[비디오 참조]

거리 탐색기는 비정질 실리카 내 실리콘 원자 주변의 거리 밀도를 보여줍니다.

비정질 실리카에 대한 중성자 쌍 분포 함수를 계산했습니다.

Angles Explorer는 비정질 실리카에서 O–Si–O 결합각의 분포를 보여줍니다.

 

변형 & 결정 엔지니어링(Transformation & Crystal Engineering)

CrystalMaker를 사용하면 단위 셀(unit cell)을 변환하고, 격자 유형(lattice type)을 변경하고, 슈퍼셀을 만들고, 원점(origin)을 이동하고, 임의의 행렬(matrix) 변환을 적용할 수 있습니다. 또한, 선택한 결정 평면에 단위 셀을 투영하여 “표면 셀(surface cell)을 생성할 수도 있습니다. 기존 소프트웨어와 달리 CrystalMaker는 미려하고 사용하기 쉬운 인터페이스를 갖추고 있으며 일반적인 선택 사항을 사전 설정하여 사용할 수 있습니다. 어렵지 않게 사용하는 결정학입니다.

CrystallMaker의 선택 도구(selection tools)를 사용하면 원자 그룹을 이동, 분리(detach), 복제(duplicate), 숨기기(hide), 삭제할 수 있습니다. 분자 조각을 숨기거나 복구하고 개별 분자를 분리하여 보십시오. 어떤 방향으로든 격자 평면(lattice planes)을 표시합니다. 결정을 슬라이싱 하여 내부 평면을 조사하고 하나의 구조나 분자를 다른 구조 안에 배치합니다. CrystalMaker의 실시간 결정 엔지니어링 (real-time crystal engineering)도구를 사용하면 결정 격자 내에 공간을 삽입하고, 결정에 새로운 원자나 전체 분자를 배치하고 새로운 결정 격자를 디자인할 수 있습니다. [비디오 참조]

 


▶ 변환 도구

  • 플롯 범위: xyz 축을 따라 원자 범위를 실시간으로 제어
  • 구형 클러스터: “나노결정”의 내부 및 외부 반지름을 실시간으로 제어합니다.
  • 캐비티 파인더: 적절한 크기의 반투명 구체를 사용하여 구조물에서 가장 큰 공동을 자동으로 표시합니다.
  • 구조 내의 그룹을 숨기거나 분리하기 위한 선택 도구 (화살표/사각형, 올가미, 다각형, 선택 도구)를 사용합니다.
  • 방향이 지정된 격자 평면으로 격자를 자릅니다 : 표시 표면.
  • 슬래브 생성: 두 개의 방향이 지정된 격자면을 사용합니다.
  • 표면 셀 생성: 지정된 평면에 투영됩니다.
  • 슈퍼셀: 기존 셀 크기의 배수를 지정합니다.
  • 사전 설정이 포함된 일반 행렬 변환 (예: 마름모꼴 행렬을 육각형 행렬로 변환)
  • 대칭 삭제 명령은 구조를 유지하기 위해 새로운 사이트를 추가합니다.
  • 결정에서 분자로의 변환.
  • Packing Explorer는 실시간 대칭, 단위 셀 매개변수, 위치 및 방향을 통해 분자에서 결정에 이르기까지의 상호 작용적인 제어 기능을 제공합니다.
  • 결정 격자 내의 원자 그룹을 이동시키거나 회전시킵니다 .
  • 선택한 원자를 복제합니다 .
  • 선택 검사기를 사용하여 원자 유형(원소 기호, 점유율)을 변경합니다 .
  • 결정 내 지정된 격자면을 따라 공간을 삽입합니다 .
  • 벤드 래티스(Bend Lattice): 원자를 선택하고 곡률 반경을 지정하면 즉시 나노튜브(또는 구부러진 판)를 만들 수 있습니다.
  • 구조 보간: 구조적 동작 애니메이션을 더욱 부드럽게 만들기 위해 중간 구조를 추가합니다.

 

왼쪽: 두 실리콘 결정(111 도메인과 110 도메인) 사이의 경계면. 오른쪽: 서로 다른 두 구조를 같은 창에 모아 크기를 비교한 모습.

 

크리스탈 모양(Crystal Shapes)

대칭 관련 면을 자동으로 추가하고 거리를 실시간으로 조정하여(따라서 면 크기도 조정하여) 결정 모양을 쉽게 만들 수 있습니다. “모양 모드”에서는 모든 원자를 숨기고 면에 색을 입힐 수 있으며, 모양 내부의 원자는 표시하고 외부의 원자는 제외하는 옵션도 제공합니다 . 또한 여러 모양을 조합하여 좌수정 및 우수정 석영과 같은 키랄 관계 또는 쌍정 법칙을 시각화할 수 있습니다.

크리스탈메이커 인터페이스는 좌수성 및 우수성 석영과 오른쪽에 있는 평면 검사기(대칭 관련 평면 및 그 거리를 표시)를 보여줍니다.

왼쪽: 파이로프 가넷: 모양과 구조. 오른쪽: 포스터라이트의 결정 구조와 참고를 위한 거시적 모양.

 

 

포괄적 데이터 가져오기 & 내보내기(Comprehensive Data Import & Export)

CrystalMaker를 사용하면 즉각적인 디스플레이와 강력한 맞춤형 기능을 통해 약 45 가지의 다양한 형식에서 데이터를 가져올 수 있습니다. CrystakMaker는 DL_POLY HISTORY와 같은 다중 구조 파일을 처리할 수 있으며 동기화 및 애니메이션 기능을 사용하여 구조적 동작, 격자 역학(lattice dynamics)을 빠르게 이해하거나 시뮬레이션 궤적을 시각화할 수 있습니다. 또한 CrystalMaker는 아주 거대한 구조도 처리합니다. CrystalMaker만의 “심층 프로파일링(Depth Profiling)” 도구를 활용하여 대규모 구조물의 관심 영역을 빠르게 스캔할 수 있습니다. 즉, 컴퓨터 모델의 결과를 특성화하는데 이상적인 제품입니다.

 

▶ 다음 위치에서 데이터를 가져올지 결정하세요

  1. 3ED 체적
  2. 원자 (v4, v5)
  3. CASTEP 세포
  4. CASTEP 출력
  5. CASTEP 체적
  6. CCL
  7. Chem3D 카르테시안
  8. 시이프
  9. CMDX(크리스탈메이커 X 문서)
  10. CMDF (CrystalMaker 7–9 Crystal)
  11. CMMF(크리스탈메이커 7-9 분자)
  12. CMTX(크리스탈메이커 텍스트)
  13. CSSR
  14. 가우스 큐브
  15. DEN(부피 측정)
  16. DL_POLY 구성
  17. DL_POLY Revcon
  18. DL_POLY 히스토리
  19. DMol3 “CAR” 파일
  20. DMol3 “ARC” 궤적 파일
  21. FDAT(CCSD)
  22. GRD(체적)
  23. 그로맥스
  24. GSAS
  25. 꿀꺽
  26. ICSD
  27. 램프스 덤프
  28. 몰파일
  29. PDB
  30. 프리즘형
  31. RMC 프로필
  32. SD파일
  33. 쉘엑스
  34. 스트루플로
  35. 시스템
  36. 토파스
  37. VASP 구조(POSCAR, CONTCAR)
  38. VASP 궤적(XDATCAR)
  39. VASP 용적 측정법(CHG, CHGCAR 등)
  40. 베스타 여신
  41. 복셀
  42. WIEN2k 구조
  43. XCrySDen 구조(XSF)
  44. XCrySDen 애니메이션(AXSF)
  45. XYZ


다른 프로그램과 데이터 공유, 구조 데이터 저장, 결합 거리(bond distances), 조정 환경(coordination environments) 또는 데이터로 웹 페이지 구축 등 다양한 출력 옵션을 사용할 수 있습니다.

 

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