前段时间为了补充课题数值计算验证，特地去学了OOMMF软件的使用，期间折腾了不少，特地整理一下。
官方README
我先翻译一下官方的README，会加一些自己的补充。
介绍
The Object Oriented MicroMagnetic
Framework （OOMMF） 是一个诞生于美国国家标准与技术研究院信息技术实验室 （ITL/NIST） 数学与计算科学分部 （MCSD） ，旨在发展便携、易于拓展的公有微磁学程序与工具的项目。其发行的代码构成一个功能齐全的微磁学封装，具有其他程序员可以扩展的附加功能，以便OOMMF项目之外的开发人员可以在OOMMF基础上构建。
OOMMF由C++编写，交互界面由Tcl/Tk编写，目标系统囊括各种类Unix、Windows、Mac OS X平台。
OOMMF项目主要的贡献者是Mike Donahue与Don Porter。
环境依赖
在你开始使用OOMMF之前，你必须要在你的计算机上先安装Tcl/Tk。Tcl/Tk Core可以在Tcl Developer eXchange上免费下载 （笔者注：推荐直接上ActiveTcl，所有平台都支持，下载链接） 。我们推荐使用最新发行的Tcl/Tk。最近的Tcl/Tk版本在不同的计算平台上和OOMMF都兼容，不过我们发现安装其他类似的应该也可以。需要指出一些例外，比如8.6.2、8.6.3、8.5.16和8.5.17版本的Tcl应当避开，因为他们含有I/O漏洞，会干扰OOMMF在文件系统内稳定地记录输出。OOMMF不支持任何alpha或beta版本的Tcl/Tk。
快速安装
Windows
大多数Windows平台的OOMMF使用者会下载一个预先编译好的可执行文件，其与Tcl/Tk
8.6.x是兼容的。在 （笔者注：OOMMF压缩包目录下） CMD （笔者注：或者PowerShell） 敲入以下命令：
unzip oommfxxx.zip ::不一定用unzip，你手动解压也行，xxx是版本号
cd oommf
tclsh86 oommf.tcl pimake upgrade ::这是升级
tclsh86 oommf.tcl
上面这是使用。实际上，等你装完ActiveTcl，双击tcl文件会默认用其打开。
类Unix/Mac OS X
大多数类Unix或Mac OS X平台的OOMMF使用者，按照下方命令可以升级、构建、运行你的OOMMF安装：
gunzip -c oommfxxx.tar.gz | tar xvf -
cd oommf #也不一定用gunzip，手动解压亦可，xxx是版本号
oommf.tcl pimake distclean #清理
oommf.tcl pimake upgrade
oommf.tcl pimake
oommf.tcl
如果以上都没用，在OOMMF User’s Guide里面阅读更多详细的指导。
更多信息
懒得翻译了，直接看官网吧：The Object Oriented MicroMagnetic Framework (OOMMF) project at ITL/NIST
求解器
OOMMF内其实有两个求解器：2D Micromagnetic Solver和OOMMF eXtensible Solver （Osx 3D Solver），两者都有图形模式和命令行模式，但不同的是后者支持3D计算且比起前一个灵活多了。但是后者需要稍微学习一下Tcl语言。
由于我主要关注其拓展性 （与其他软件结合，比如Python分析数据） ，且3D求解器可以向下兼容2D的问题求解，于是个人更推荐用OOMMF eXtensible Solver，而不是2D Micromagnetic Solver。这样更有Coding的感觉。
MIF文件
这相当于计算的初始化文件，所有计算的体系、要求输出的内容，均可在这里定义。
在Osx 3D Solver里，引入了MIF 2.x的文件格式，下面会提到的用例即MIF
2.1格式。需要注意，MIF 2.x格式与 MIF 1.x不兼容。
图形模式：Osxii
Osx 3D Solver有交互界面的求解器，可以载入.mif文件后，设定不同的导出物理量。长这样：
Output对应不同物理量的输出，其实这里是"标准Oxs_Ext子类 （Standard Oxs_Ext Child Classes） “，而Destination对应于OOMMF里打开的的输出窗口 （画图之类的） 。
命令行模式：Boxsi
Osx 3D Solver的命令行求解器。这个非常方便，可以集成到其他程序里，一行命令即可计算出目标文件：
tclsh oommf.tcl boxsi [standard options] \
[-exitondone <0|1>] [-kill tags] \
[-logfile logname] [-loglevel level] \
[-nice <0|1>] [-nocrccheck <0|1>] \
[-numanodes nodes] [-outdir dir] \
[-parameters params] [-pause <0|1>] \
[-regression_test flag] \
[-regression_testname basename] \
[-restart <0|1|2>] [-restartfiledir dir] \
[-threads count] miffile
miffile即是*.mif文件。
一个简单的算例
MIF 2.1文件的编写
个人感觉，直接看手册云里雾里，最好有个清晰的例子来计算。在OOMMF的文件夹里其实有不少sample，下面也提供一个我自己写过的脚本，比较完整。
下面是一个算例，是之前一个课题里自己写的，文章也已经发表。
# MIF 2.1
# 2-fold domain wall simulation
#设置常数
set PI [expr {4*atan(1.)}]
set MU0 [expr {4*$PI*1e-7}]
RandomSeed 1 #随机种子
#设置体系的一些参数
#Set some paramaters
Parameter cellSize 5e-10
Parameter totalWidth 2500e-10
Parameter stepWidth [expr {$totalWidth/2}]
Parameter totalHeight 1500e-10
Parameter subHeight 5e-10
Parameter stepHeight 5e-10
Parameter J0 2.5e-22
Parameter K0 3.2e-24
#划分区域，Oxs_MultiAtlas类允许划分多区域，命名为sys2D
#Divide regions
Specify Oxs_MultiAtlas:sys2D [subst {
#设定单个区域，Oxs_BoxAtlas类设定单个“箱子”
atlas { Oxs_BoxAtlas:layersFM {
name layersFM
xrange {$cellSize
[expr {$totalWidth-$cellSize}]}
yrange {[expr {$stepHeight+$subHeight}]
$totalHeight}
zrange {0 $cellSize}
}
}
atlas { Oxs_BoxAtlas:leftStepFM {
name leftStepFM
xrange {0 $stepWidth}
yrange {$subHeight
[expr {$stepHeight+$subHeight}]}
zrange {0 $cellSize}
}
}
atlas { Oxs_BoxAtlas:rightStepAFM {
name rightStepAFM
xrange {$stepWidth $totalWidth}
yrange {$subHeight
[expr {$stepHeight+$subHeight}]}
zrange {0 $cellSize}
}
}
atlas { Oxs_BoxAtlas:leftEdgeFM {
name leftEdgeFM
xrange {0 $cellSize}
yrange {[expr {$stepHeight+$subHeight}]
$totalHeight}
zrange {0 $cellSize}
}
}
atlas { Oxs_BoxAtlas:rightEdgeFM {
name rightEdgeFM
xrange {[expr {$totalWidth-$cellSize}]
$totalWidth}
yrange {[expr {$stepHeight+$subHeight}]
$totalHeight}
zrange {0 $cellSize}
}
}
atlas { Oxs_BoxAtlas:subAFM {
name subAFM
xrange {0 $totalWidth}
yrange {0 $subHeight}
zrange {0 $cellSize}
}
}
}]
#划分离散网格以供计算，这里是矩形
#Set meshgrid
Specify Oxs_RectangularMesh:myMesh [subst {
cellsize {$cellSize $cellSize $cellSize}
atlas :sys2D
}]
#设置单易轴情况下各项各向异性能
#Set uniaxialAnisotropy
Specify Oxs_UniaxialAnisotropy [subst {
K1 [expr {$K0/($cellSize)**3}]
axis { Oxs_UniformVectorField {
norm 1
vector {1 0 0}
} }
}]
#设定不同区块之间和其内部的交换常数，考虑6个（上下左右前后）近邻
#Exchange energy between FM and AFM
Specify Oxs_Exchange6Ngbr:exchDef [subst {
default_A [expr {$J0/$cellSize}]
atlas :sys2D
A {
layersFM layersFM [expr {$J0/$cellSize}]
leftStepFM leftEdgeFM [expr {$J0/$cellSize}]
rightStepAFM rightStepAFM [expr {$J0/$cellSize}]
leftEdgeFM leftEdgeFM [expr {$J0/$cellSize}]
rightEdgeFM rightEdgeFM [expr {$J0/$cellSize}]
subAFM subAFM [expr {$J0/$cellSize}]
leftEdgeFM layersFM [expr {$J0/$cellSize}]
leftEdgeFM leftStepFM [expr {$J0/$cellSize}]
leftEdgeFM subAFM [expr {$J0/$cellSize}]
rightEdgeFM layersFM [expr {$J0/$cellSize}]
rightEdgeFM rightStepAFM [expr {-$J0/$cellSize}]
rightEdgeFM subAFM [expr {-$J0/$cellSize}]
layersFM rightStepAFM [expr {-$J0/$cellSize}]
layersFM leftStepFM [expr {$J0/$cellSize}]
subAFM rightStepAFM [expr {-$J0/$cellSize}]
subAFM leftStepFM [expr {-$J0/$cellSize}]
}
}]
#设置退磁化场
Specify Oxs_Demag {}
#设置计算的演化方式，这里是计算能量最小化使用的Oxs_CGEvolve类
Specify Oxs_CGEvolve {
fixed_spins {
:sys2D
leftEdgeFM rightEdgeFM subAFM
}
}
#对应地，能量最小化的驱动Oxs_MinDriver类
Specify Oxs_MinDriver [subst {
evolver Oxs_CGEvolve
stopping_mxHxm 0.05
mesh :myMesh
Ms { 1e5 }
m0 { Oxs_AtlasVectorField {
atlas :sys2D
values {
layersFM { 0.0 1.0 0.0}
leftEdgeFM { 1.0 0.0 0.0}
leftStepFM { 1.0 0.0 0.0}
rightEdgeFM {-1.0 0.0 0.0}
rightStepAFM { 1.0 0.0 0.0}
subAFM {-1.0 0.0 0.0}
}
norm 1.0
}}
}]
#选择输出到mmArchive程序，打个tag叫archive
#这个程序会把数据按照omf文件输出
Destination archive mmArchive
#计划输出的物理属性，以及目标程序的tag，在什么时候输出
Schedule Oxs_MinDriver::Spin archive Done
数据文件的处理
输出的.omf文件里是以二进制保存的，一般可以由OOMMF里对应的程序读取 （上面例子是mmArchive） ，但是为了用其他软件处理，我们得转换格式。
当然你也可以自己写，我在这里推荐一个工具：OOMMFTools。
确实这东西也有一定年头了，但架不住好用啊。它可以将OOMMF数据文件转换成numpy和MATLAB支持的数据，也可以绘制位图或渲染成视频。
你也可以基于他的源代码进行改进，集成到自己的软件里，都是python应该不难。至于基于它后面有没有其他工具，我没找，GitHub可能有。
上边算例的计算结果：
更简单的方式
在检索OOMMF教程的时候，感觉中文互联网的教程几乎都在关注OOMMF本身。个人觉得可以关注一个很有意思的新项目 （而且还在更新，看起来很有潜力） ，那就是JOOMMF，由University of Southampton的Marijan Beg、Ryan A. Pepper and Hans Fangohr开发，目的是为了将OOMMF和现在广泛使用的Python与Jupyter Notebook集成提升易用性。该项目的原型程序OOMMFC2016年已经做出来了，有兴趣可以看看。
结语
其实重点要看三个东西：
-
Tcl语言入门
-
文档（Osx 3D Solver和MIF 2.x）
-
例子（自带或其他人的例子）
慢慢看，有编程基础一周不到就能学会最基本的内容了。
参考内容
-
Chen, X. et al. General nature of the step-induced frustration at ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces: Topological origin and quantitative understanding. New Journal of Physics 21, 123045 (2019).
-
M. J. Donahue & D. G. Porter. OOMMF user’s guide, Version 1.0. (1999).