材料計(jì)算實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文

1、材料計(jì)算實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告冊(cè) 學(xué)年學(xué)期： 2022-2021學(xué)年o春o秋學(xué)期 課程名稱： 課程設(shè)計(jì)（小型軟件系統(tǒng)） 學(xué)生學(xué)院： 理學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 11921701 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2022213260 學(xué)生姓名： 聯(lián)系電話： 指導(dǎo)教師： 總評(píng)成績： xxx郵電大學(xué)教務(wù)處制 課程設(shè)計(jì)（小型軟件系統(tǒng)）要求 通過本課程設(shè)計(jì)，了解當(dāng)代計(jì)算材料學(xué)之材料設(shè)計(jì)和計(jì)算及模擬的理論基礎(chǔ)、發(fā)展歷程。初步掌握linux系統(tǒng)的基本操作、腳本編寫。熟悉常用的材料計(jì)算軟件的使用，并能夠通過模擬計(jì)算，獲得常見的簡單晶體結(jié)構(gòu)的幾何和電子性質(zhì)。 具體要求： 1. 通過前期的課程學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，了解第一性原理計(jì)算的理論基礎(chǔ)

2、； 2. 通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，初步掌握linux系統(tǒng)的基本操作； 3. 學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)（如xrd、tem等），利用findit軟件獲得已知材料體系的晶體結(jié)構(gòu)； 4. 學(xué)會(huì)利用vesta、materialsstudio、uedit等軟件對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，最終準(zhǔn)確獲得初始計(jì)算模型； 5. 學(xué)會(huì)利用viennaab-initiosimulationpackage（簡稱vasp）軟件，獲得晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定構(gòu)型、電荷密度分布、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、聲子譜、結(jié)合能等； 6. 學(xué)會(huì)利用p4vasp、origin等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和作圖； 7. 能夠利用所學(xué)的量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)

3、知識(shí)，分析晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度分布、電子態(tài)密度以及能帶結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)名稱 系統(tǒng)建模與仿真實(shí)驗(yàn) 課程編號(hào) a2110260 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) sl110 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 6.15-6.19 一、課程設(shè)計(jì)目的： 目的：通過本課程設(shè)計(jì)，了解當(dāng)代計(jì)算材料學(xué)之材料設(shè)計(jì)和計(jì)算及模擬的理論基礎(chǔ)、發(fā)展歷程。初步掌握linux系統(tǒng)的基本操作、腳本編寫。熟悉常用的材料計(jì)算軟件的使用，并能夠通過模擬計(jì)算，獲得常見的簡單晶體結(jié)構(gòu)的幾何和電子性質(zhì)。 二、課程設(shè)計(jì)使用的儀器、軟件： 儀器：計(jì)算機(jī)。 軟件：findit、vesta、materialsstudio、uedit、viennaab-initiosimulationpackage、

4、p4vasp、origin。 三、課程設(shè)計(jì)要求： 1. 通過前期的課程學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，了解第一性原理計(jì)算的理論基礎(chǔ)； 2. 通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，初步掌握linux系統(tǒng)的基本操作； 3. 學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)（如xrd、tem等），利用findit軟件獲得已知材料體系的晶體結(jié)構(gòu)； 4. 學(xué)會(huì)利用vesta、materialsstudio、uedit等軟件對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看、結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，最終準(zhǔn)確獲得初始計(jì)算模型； 5. 學(xué)會(huì)利用viennaab-initiosimulationpackage（簡稱vasp）軟件，獲得晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定構(gòu)型、電荷密度分布、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、聲子譜、結(jié)合能等； 6.

5、學(xué)會(huì)利用p4vasp、origin等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和作圖； 7. 能夠利用所學(xué)的量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)知識(shí)，分析晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度分布、電子態(tài)密度以及能帶結(jié)構(gòu)。 四、課程設(shè)計(jì)原理： 研究體系的復(fù)雜性表現(xiàn)在多個(gè)方面，從低自由度體系轉(zhuǎn)變到多維自由度體系，從標(biāo)量體系擴(kuò)展到矢量、張量系統(tǒng)，從線性系統(tǒng)到非線性系統(tǒng)的研究都使解析方法失去了原有的威力。因此，借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算與模擬恰恰成為唯一可能的途徑。復(fù)雜性是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，計(jì)算材料科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展也是必然趨勢，它對(duì)一些重要科學(xué)問題的圓滿解決，充分說明了計(jì)算材料科學(xué)的重要作用和現(xiàn)實(shí)意義。 采用了基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法。使用

6、目前常用的商業(yè)軟件包，viennaabinitiosimulationpackage(vasp)，進(jìn)行模擬。離子實(shí)與價(jià)電子層的相互作用采用投影綴加平面波贗勢(projectoraugmen=tedwave，paw)來描述。交換相關(guān)能采用廣義梯度近似(gga)中的pbe泛函描述。為了更好地描述層間作用，在計(jì)算時(shí)，用optpbe-vdw方法進(jìn)行范德華爾斯修正。平面波基組截?cái)嗄茉O(shè)置為400ev。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算時(shí)的布里淵區(qū)k點(diǎn)采樣網(wǎng)格分別為333和444。原子完全弛豫，直至各原子之間的力小于 0.01ev-1，結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)束。 五、課程設(shè)計(jì)思路、步驟： 1、打開findit軟件，查找mos2，選擇晶

7、胞參數(shù)為3.16，如下圖 圖1查找mos2數(shù)據(jù) 導(dǎo)出mos2數(shù)據(jù)，注意保存格式為.cif。 2、將保存好的文件（icsd.cif）直接拖入materialsstudio軟件，即可以看到mos2的單個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇displaystyle中的cpk選項(xiàng)，調(diào)整原子為合適大小，點(diǎn)擊viewacross查看模型的正面圖（圖2），之后點(diǎn)擊viewonto查看模型的俯視圖（圖3），最后，保存文件到指定文件夾，文件命名為mos2-bulk.cif。 圖2.mos2正視圖3.mos2俯視圖 3、將保存好的文件（mos2-bulk.cif）直接拖入vesta軟件，轉(zhuǎn)動(dòng)一下即可以看到mos2的單個(gè)晶胞

8、結(jié)構(gòu)，再點(diǎn)擊左下角的properties-icsd.cif進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置，第1選擇general里的singleunitcell即可以看見一個(gè)更規(guī)整的晶胞結(jié)構(gòu)；第2點(diǎn)擊atoms，在里面可以選擇mo、s兩個(gè)原子的顏色；第3點(diǎn)擊edit中的bonds，點(diǎn)擊new后把a(bǔ)2改為s，將maxlength改為3。調(diào)整完后可得到下圖（圖4），最后保存文件，命名為icsd.vasp。 圖4 4、將icsd.vasp文件用uedit32打開，可以得到mos2晶胞的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。 5、計(jì)算部分:采用了基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法。使用目前常用的商業(yè)軟件包 viennaabinitios imulationpa

9、ckage(vasp),進(jìn)行模擬。離子實(shí)與價(jià)電子層的相互作用采用投影綴加平面波贗勢( projectoraugmen= tedwave,paw)來描述。交換相關(guān)能采用廣義梯度近似(ga)中的pbe泛函描述。為了更好地描述層間作用,在計(jì)算時(shí),用tpbe-dw方法進(jìn)行范德華爾斯修正。平面波基組截?cái)嗄茉O(shè)置為400ev。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算時(shí)的布果淵區(qū)k點(diǎn)采樣網(wǎng)格分別為333和444。原子完全弛豫,直至各原子之間的力小于0.01eva,結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)束。 （1）打開xshell軟件，建立會(huì)話并進(jìn)入自己的分組,拷貝4個(gè)文件incar、 kpoints、 poscar 、vdw_kernel.bindat。在p

10、oscar中拷入剛得到的mos2晶胞的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，修改incar中的數(shù)據(jù)，通過一系列操作，最后輸入運(yùn)行代碼nohupmpirun -np 8 vasp_std>& 1.out &進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后可以得到contcar并導(dǎo)出。 （2）接下來進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。創(chuàng)建新的文件夾static,進(jìn)入該文件夾后導(dǎo)入結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的contcar、poscar，注意還要考入沒有結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前的incar、kpoints并修改kpoints為444。同樣輸入運(yùn)行代碼nohupmpirun -np 8 vasp_std>& 1.out &進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。得到chgca

11、r、vasprun. xml并導(dǎo)出。 6、將chgcar拖入vesta中進(jìn)行參數(shù)更改。第1選擇general里的singleunitcell即可以看見一個(gè)更規(guī)整的晶胞結(jié)構(gòu)；第2點(diǎn)擊atoms，在里面可以選擇 mo、s兩個(gè)原子的顏色；第3選擇isosurfaces里的new，將isosurface level改為0.05即可得到下圖5 圖5mos2晶胞 7、通過一個(gè)腳本文件vaspkit的計(jì)算，可以得到tdos.dat并導(dǎo)出，再由腳本文件的另外一個(gè)計(jì)算可導(dǎo)出pdos_mo.dat、pdos_s.dat, 接著新建一個(gè)excel文檔導(dǎo)入tdos.dat、pdos_mo.dat、pdos_s.dat中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,將處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入origin中再處理，即可得到下圖6 圖6 8、再創(chuàng)建文件夾bands,將chgcar、poscar、potcar、vdw_kernel.bindat拷貝進(jìn)該文件夾，再將前面的incar、kpoints拷入。在matstudi軟件中點(diǎn)擊tools>brillouin zone path可得到下圖7 圖7 最后在bands中用腳本文件計(jì)算，可以得到reformatted_band. dat并導(dǎo)出。相同的方法在 excel中處理數(shù)據(jù)再導(dǎo)入origin中再處