CASTEP介紹及預(yù)測(cè)AlAs的結(jié)構(gòu)-第三講

1、* 不支持中文目錄不支持中文目錄* 顯示擴(kuò)展名顯示擴(kuò)展名CASTEPCASTEP概述概述關(guān)于關(guān)于CASTAPCASTAP CASTAPCASTAP是特別為固體材料學(xué)而設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)代的量子力學(xué)是特別為固體材料學(xué)而設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)代的量子力學(xué)基本程序，其使用了密度泛函基本程序，其使用了密度泛函(DFT(DFT）平面波贗勢(shì)方法，進(jìn)行第一）平面波贗勢(shì)方法，進(jìn)行第一性原理量子力學(xué)計(jì)算，以探索如半導(dǎo)體，陶瓷，金屬，礦物和沸性原理量子力學(xué)計(jì)算，以探索如半導(dǎo)體，陶瓷，金屬，礦物和沸石等材料的晶體和表面性質(zhì)。石等材料的晶體和表面性質(zhì)。 典型的應(yīng)用包括表面化學(xué)，鍵結(jié)構(gòu)，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研典型的應(yīng)用包括表面化學(xué)，鍵結(jié)

2、構(gòu)，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研究，究， CASTAPCASTAP也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的3D3D形式。形式。此外，此外， CASTAPCASTAP可用于有效研究點(diǎn)缺陷（空位，間隙和置換雜質(zhì)）可用于有效研究點(diǎn)缺陷（空位，間隙和置換雜質(zhì)）和擴(kuò)展缺陷（如晶界和位錯(cuò)）的性質(zhì)。和擴(kuò)展缺陷（如晶界和位錯(cuò)）的性質(zhì)。 Material StudioMaterial Studio使用組件對(duì)話框中的使用組件對(duì)話框中的CASTAPCASTAP選項(xiàng)允許準(zhǔn)備，選項(xiàng)允許準(zhǔn)備，啟動(dòng)，分析和監(jiān)測(cè)啟動(dòng)，分析和監(jiān)測(cè)CASTAPCASTAP服役工作。服役工作。計(jì)算：允許選擇計(jì)算選項(xiàng)（如基集

3、，交換關(guān)聯(lián)勢(shì)和收斂判據(jù)），計(jì)算：允許選擇計(jì)算選項(xiàng)（如基集，交換關(guān)聯(lián)勢(shì)和收斂判據(jù)），作業(yè)控制和文檔控制。作業(yè)控制和文檔控制。分析：允許處理和演示分析：允許處理和演示CASTAPCASTAP計(jì)算結(jié)果。這一工具提供加速整體計(jì)算結(jié)果。這一工具提供加速整體直觀化以及鍵結(jié)構(gòu)圖，態(tài)密度圖形和光學(xué)性質(zhì)圖形。直觀化以及鍵結(jié)構(gòu)圖，態(tài)密度圖形和光學(xué)性質(zhì)圖形。CASTAPCASTAP的任務(wù)的任務(wù) CASTAPCASTAP三個(gè)計(jì)算任務(wù)：三個(gè)計(jì)算任務(wù)：?jiǎn)蝹€(gè)點(diǎn)的能量計(jì)算，單個(gè)點(diǎn)的能量計(jì)算，幾何優(yōu)化幾何優(yōu)化分子動(dòng)力學(xué)。分子動(dòng)力學(xué)?？商峁┻@些計(jì)算中的每一個(gè)以便產(chǎn)生特定的物理性能。性質(zhì)為一種附可提供這些計(jì)算中的每一個(gè)以便產(chǎn)生特定

4、的物理性能。性質(zhì)為一種附加的任務(wù)，允許重新開(kāi)始已完成的計(jì)算以便產(chǎn)生最初沒(méi)有提出的額外加的任務(wù)，允許重新開(kāi)始已完成的計(jì)算以便產(chǎn)生最初沒(méi)有提出的額外性能。性能。在在CASTAPCASTAP計(jì)算中有很多運(yùn)行步驟，可分為如下幾組：計(jì)算中有很多運(yùn)行步驟，可分為如下幾組： 結(jié)構(gòu)定義：必須規(guī)定包含所感興趣結(jié)構(gòu)的周期性的結(jié)構(gòu)定義：必須規(guī)定包含所感興趣結(jié)構(gòu)的周期性的3D3D模型文件，模型文件， 構(gòu)建結(jié)構(gòu)的方法有：構(gòu)建結(jié)構(gòu)的方法有：u可使用構(gòu)建晶體（可使用構(gòu)建晶體（Build Crystal)Build Crystal)u或構(gòu)建真空板或構(gòu)建真空板(Build Vacuum Stab)(Build Vacuum S

5、tab)來(lái)構(gòu)建，來(lái)構(gòu)建，u也可從已經(jīng)存在的的結(jié)構(gòu)文檔中引入，也可從已經(jīng)存在的的結(jié)構(gòu)文檔中引入，u還可修正已存在的結(jié)構(gòu)。還可修正已存在的結(jié)構(gòu)。 CASTAPCASTAP中選擇一項(xiàng)任務(wù)中選擇一項(xiàng)任務(wù)1 1 從模塊面板（從模塊面板（Module Explorer)Module Explorer)選擇選擇CASTAPCalculationCASTAPCalculation。2 2 選擇設(shè)置表。選擇設(shè)置表。3 3 從任務(wù)列表中選擇所要求的任務(wù)。從任務(wù)列表中選擇所要求的任務(wù)。 計(jì)算設(shè)置：合適的計(jì)算設(shè)置：合適的3D3D模型文件一旦確定，必須選擇計(jì)算類(lèi)模型文件一旦確定，必須選擇計(jì)算類(lèi)型和相關(guān)參數(shù)，例如，對(duì)于動(dòng)

6、力學(xué)計(jì)算必須確定系綜和參數(shù)，型和相關(guān)參數(shù)，例如，對(duì)于動(dòng)力學(xué)計(jì)算必須確定系綜和參數(shù)，包括溫度，時(shí)間步長(zhǎng)和步數(shù)。選擇運(yùn)行計(jì)算的磁盤(pán)并開(kāi)始包括溫度，時(shí)間步長(zhǎng)和步數(shù)。選擇運(yùn)行計(jì)算的磁盤(pán)并開(kāi)始CASTAPCASTAP作業(yè)。作業(yè)。 結(jié)果分析：計(jì)算完成后，相關(guān)于結(jié)果分析：計(jì)算完成后，相關(guān)于CASTAPCASTAP作業(yè)的文檔返回用作業(yè)的文檔返回用戶，在項(xiàng)目面板適當(dāng)位置顯示。這些文檔的一些進(jìn)一步處理要戶，在項(xiàng)目面板適當(dāng)位置顯示。這些文檔的一些進(jìn)一步處理要求獲得可觀察量如光學(xué)性質(zhì)。求獲得可觀察量如光學(xué)性質(zhì)。注意：注意： CASTAP僅能在僅能在3D周期模型文件基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，必須構(gòu)建超單胞，周期模型文件基礎(chǔ)上進(jìn)行

7、計(jì)算，必須構(gòu)建超單胞，以便研究分子體系。以便研究分子體系。提示：提示： CASTAP計(jì)算所需時(shí)間隨原子數(shù)平方的增加而增加。因此，建議用最計(jì)算所需時(shí)間隨原子數(shù)平方的增加而增加。因此，建議用最小的原胞來(lái)描述體系，可使用小的原胞來(lái)描述體系，可使用BuildSymmetryPrimitive Cell菜單選項(xiàng)來(lái)轉(zhuǎn)換菜單選項(xiàng)來(lái)轉(zhuǎn)換成原胞。成原胞。CASTAPCASTAP能量任務(wù)能量任務(wù)CASTAPCASTAP能量任務(wù)允許計(jì)算特定體系的總能量以及物理性質(zhì)。能量任務(wù)允許計(jì)算特定體系的總能量以及物理性質(zhì)。除了總能量之外，在計(jì)算之后還可報(bào)告作用于原子上的力；也除了總能量之外，在計(jì)算之后還可報(bào)告作用于原子上的力；

8、也能創(chuàng)建電荷密度文件；利用材料觀測(cè)儀（能創(chuàng)建電荷密度文件；利用材料觀測(cè)儀（Material Material Visualizer)Visualizer)允許目測(cè)電荷密度的立體分布；還能報(bào)告計(jì)算中允許目測(cè)電荷密度的立體分布；還能報(bào)告計(jì)算中使用的使用的Monkhorst-Park的的k點(diǎn)的電子能量，因此在點(diǎn)的電子能量，因此在CASTAPCASTAP分析分析中可生成態(tài)密度圖。中可生成態(tài)密度圖。對(duì)于能夠得到可靠結(jié)構(gòu)信息的體系的電子性質(zhì)的研究，能量任對(duì)于能夠得到可靠結(jié)構(gòu)信息的體系的電子性質(zhì)的研究，能量任務(wù)是有用的。只要給定應(yīng)力性質(zhì)，也可用于計(jì)算沒(méi)有內(nèi)部自由務(wù)是有用的。只要給定應(yīng)力性質(zhì)，也可用于計(jì)算沒(méi)有

9、內(nèi)部自由度的高對(duì)稱(chēng)性體系的狀態(tài)方程（即壓力度的高對(duì)稱(chēng)性體系的狀態(tài)方程（即壓力- -體積，能量體積，能量- -體積關(guān)體積關(guān)系）。系）。注意：具有內(nèi)部自由度的體系中，利用幾何優(yōu)化（注意：具有內(nèi)部自由度的體系中，利用幾何優(yōu)化（Geometry Geometry Optimization)Optimization)任務(wù)可獲得狀態(tài)方程。任務(wù)可獲得狀態(tài)方程。CASTAPCASTAP中能量的默認(rèn)單位是電子伏特中能量的默認(rèn)單位是電子伏特(eV)(eV)，各種能量單位的換，各種能量單位的換算關(guān)系見(jiàn)算關(guān)系見(jiàn)Mohr.P.J(2000).Mohr.P.J(2000).1 eV=0.036749308 Ha=23.0

10、605 kcal/mole=96.4853 kJ/moleCASTAPCASTAP幾何優(yōu)化任務(wù)幾何優(yōu)化任務(wù) CASTAPCASTAP幾何優(yōu)化任務(wù)允許改善結(jié)構(gòu)的幾何，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)幾何優(yōu)化任務(wù)允許改善結(jié)構(gòu)的幾何，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或多晶型物。通過(guò)一個(gè)迭代過(guò)程來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)，迭代過(guò)程中或多晶型物。通過(guò)一個(gè)迭代過(guò)程來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)，迭代過(guò)程中調(diào)整原子坐標(biāo)和晶胞參數(shù)使結(jié)構(gòu)的總能量最小化。調(diào)整原子坐標(biāo)和晶胞參數(shù)使結(jié)構(gòu)的總能量最小化。 CASTAPCASTAP幾何優(yōu)化是基于減小計(jì)算力和應(yīng)力的數(shù)量級(jí)，直到幾何優(yōu)化是基于減小計(jì)算力和應(yīng)力的數(shù)量級(jí)，直到小于規(guī)定的收斂誤差。也可能給定外部應(yīng)力張量來(lái)對(duì)拉應(yīng)力、小于規(guī)定的收斂誤

11、差。也可能給定外部應(yīng)力張量來(lái)對(duì)拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和切應(yīng)力等作用下的體系行為模型化。在這些情況下壓應(yīng)力和切應(yīng)力等作用下的體系行為模型化。在這些情況下反反復(fù)迭復(fù)迭代內(nèi)部應(yīng)力張量直到代內(nèi)部應(yīng)力張量直到與所施加的外部應(yīng)力相等。與所施加的外部應(yīng)力相等。 幾何優(yōu)化處理產(chǎn)生的幾何優(yōu)化處理產(chǎn)生的模型結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)緊密模型結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)緊密相似。利用相似。利用CASTAPCASTAP計(jì)算的計(jì)算的晶格參數(shù)精度列于右圖。晶格參數(shù)精度列于右圖。幾何優(yōu)化方法幾何優(yōu)化方法 在默認(rèn)條件下，在默認(rèn)條件下，CASTAPCASTAP使用使用BFGSBFGS幾何優(yōu)化方法。該方法通幾何優(yōu)化方法。該方法通常提供了尋找最低能量結(jié)構(gòu)的最快途徑

12、，這是支持常提供了尋找最低能量結(jié)構(gòu)的最快途徑，這是支持CASTAPCASTAP單胞單胞優(yōu)化的唯一模式。優(yōu)化的唯一模式。 衰減分子動(dòng)力學(xué)（衰減分子動(dòng)力學(xué)（ Damped molecular dynamics）方法是）方法是另一種可以選擇的方法，該方法對(duì)具有平滑勢(shì)能表面的體系如另一種可以選擇的方法，該方法對(duì)具有平滑勢(shì)能表面的體系如分子晶體或表面分子分子晶體或表面分子與與BFGSBFGS同樣有效。同樣有效。 CASTAPCASTAP動(dòng)力學(xué)任務(wù)動(dòng)力學(xué)任務(wù) CASTAPCASTAP動(dòng)力學(xué)任務(wù)允許動(dòng)力學(xué)任務(wù)允許模擬結(jié)構(gòu)中原子在計(jì)算力的影響下將如何移動(dòng)模擬結(jié)構(gòu)中原子在計(jì)算力的影響下將如何移動(dòng)。 在進(jìn)行在進(jìn)行

13、CASTAPCASTAP動(dòng)力學(xué)計(jì)算以前，可以選擇熱力學(xué)系綜和相應(yīng)參數(shù)，定義模擬動(dòng)力學(xué)計(jì)算以前，可以選擇熱力學(xué)系綜和相應(yīng)參數(shù)，定義模擬時(shí)間和模擬溫度。時(shí)間和模擬溫度。選擇熱力學(xué)系綜選擇熱力學(xué)系綜 對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律積分允許探索體系恒值能量表面（對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律積分允許探索體系恒值能量表面（NVENVE動(dòng)力學(xué)）。然而，在動(dòng)力學(xué)）。然而，在體系與環(huán)境進(jìn)行熱交換條件下發(fā)生最本質(zhì)的現(xiàn)象。使用體系與環(huán)境進(jìn)行熱交換條件下發(fā)生最本質(zhì)的現(xiàn)象。使用NVTNVT系綜（或者是確定性系綜（或者是確定性的的NosNos系綜或者是隨機(jī)性的系綜或者是隨機(jī)性的Langevin Langevin 系綜）可模擬該條件。系綜）可模擬該條件

14、。定義時(shí)間步長(zhǎng)（定義時(shí)間步長(zhǎng)（timestep timestep ） 在積分算法中重要參數(shù)是時(shí)間步長(zhǎng)。為更好利用計(jì)算時(shí)間，應(yīng)使用大的時(shí)間在積分算法中重要參數(shù)是時(shí)間步長(zhǎng)。為更好利用計(jì)算時(shí)間，應(yīng)使用大的時(shí)間步長(zhǎng)。然而，如果時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)大，則可導(dǎo)致積分過(guò)程的不穩(wěn)定和不精確。典型地，步長(zhǎng)。然而，如果時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)大，則可導(dǎo)致積分過(guò)程的不穩(wěn)定和不精確。典型地，這表示為運(yùn)動(dòng)常數(shù)的系統(tǒng)偏差。這表示為運(yùn)動(dòng)常數(shù)的系統(tǒng)偏差。注意：量子力學(xué)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算要求比力場(chǎng)動(dòng)力學(xué)使用更小的時(shí)間步長(zhǎng)。注意：量子力學(xué)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算要求比力場(chǎng)動(dòng)力學(xué)使用更小的時(shí)間步長(zhǎng)。動(dòng)力學(xué)過(guò)程的約束動(dòng)力學(xué)過(guò)程的約束CASTAPCASTAP支持支持Lan

15、gevin NVTLangevin NVT或或NVENVE動(dòng)力學(xué)過(guò)程的線性約束。然而，借助動(dòng)力學(xué)過(guò)程的線性約束。然而，借助Material Material StudioStudio界面可以近似使用以下兩種更基本的約束：界面可以近似使用以下兩種更基本的約束： 質(zhì)心固定，單個(gè)原子固定。質(zhì)心固定，單個(gè)原子固定。 使用使用seednameseedname.cell.cell 文檔可以利用更復(fù)雜的約束。文檔可以利用更復(fù)雜的約束。 CASTAPCASTAP性質(zhì)任務(wù)性質(zhì)任務(wù) CASTAPCASTAP性質(zhì)任務(wù)允許在完成能量，幾何優(yōu)化或動(dòng)力學(xué)運(yùn)行之后求出電性質(zhì)任務(wù)允許在完成能量，幾何優(yōu)化或動(dòng)力學(xué)運(yùn)行之后求出電

16、子和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。可以產(chǎn)生的性質(zhì)如下：子和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。可以產(chǎn)生的性質(zhì)如下：* * 態(tài)密度（態(tài)密度（DOSDOS）：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)）：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)帶和導(dǎo)帶的精細(xì)帶和導(dǎo)帶的精細(xì)Monkhorst-Pack Monkhorst-Pack 網(wǎng)格上的電子本征值。網(wǎng)格上的電子本征值。* * 帶結(jié)構(gòu)：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)帶和導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)帶和導(dǎo)帶的布里淵區(qū)高對(duì)稱(chēng)性方向電子本征值。帶的布里淵區(qū)高對(duì)稱(chēng)性方向電子本征值。* * 光學(xué)性質(zhì)：計(jì)算電子能帶間轉(zhuǎn)變的矩陣元素。光學(xué)性質(zhì)：計(jì)

17、算電子能帶間轉(zhuǎn)變的矩陣元素。CASTAPCASTAP分析對(duì)話可用于生分析對(duì)話可用于生成包含可以測(cè)得的光學(xué)性質(zhì)的網(wǎng)格和圖形文件。成包含可以測(cè)得的光學(xué)性質(zhì)的網(wǎng)格和圖形文件。* * 布局?jǐn)?shù)分析：進(jìn)行布局?jǐn)?shù)分析：進(jìn)行Mulliken Mulliken 分析。計(jì)算決定原子電荷的鍵總數(shù)和角動(dòng)量分析。計(jì)算決定原子電荷的鍵總數(shù)和角動(dòng)量（以及自旋極化計(jì)算所需的磁矩）。任旋地，可產(chǎn)生態(tài)密度微分計(jì)算所要（以及自旋極化計(jì)算所需的磁矩）。任旋地，可產(chǎn)生態(tài)密度微分計(jì)算所要求的分量。求的分量。* * 應(yīng)力：計(jì)算應(yīng)力張量，并寫(xiě)入應(yīng)力：計(jì)算應(yīng)力張量，并寫(xiě)入seedname.castepseedname.castep 文檔。文檔

18、。用第一原理預(yù)測(cè)用第一原理預(yù)測(cè)AlAsAlAs的晶格參數(shù)的晶格參數(shù) 目的目的: : 介紹介紹CASTEPCASTEP中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 使用立體可視化工具顯示等值面使用立體可視化工具顯示等值面模塊模塊: Materials Visualizer, CASTEP: Materials Visualizer, CASTEP前提前提: : 使用晶體建模工具使用晶體建模工具內(nèi)容內(nèi)容1. 1. 構(gòu)建構(gòu)建AlAsAlAs的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)2. 2. 設(shè)置并進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行CASTEPCASTEP計(jì)算計(jì)算3. 3. 分析結(jié)果分析結(jié)果4. 4. 比較計(jì)算的結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較計(jì)算的結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)

19、據(jù) (1)(1)圖示電荷密度圖示電荷密度 (2)(2)圖示態(tài)密度和帶結(jié)構(gòu)圖示態(tài)密度和帶結(jié)構(gòu)引言引言 本指南介紹了本指南介紹了CASTEPCASTEP是如何使用量子力學(xué)方法來(lái)確定材料的晶體結(jié)構(gòu)，使用者是如何使用量子力學(xué)方法來(lái)確定材料的晶體結(jié)構(gòu)，使用者將學(xué)會(huì)如何構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)定一個(gè)將學(xué)會(huì)如何構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)定一個(gè)CASTEPCASTEP幾何優(yōu)化任務(wù)，然后分析計(jì)算結(jié)果。幾何優(yōu)化任務(wù)，然后分析計(jì)算結(jié)果。背景背景 密度泛函理論密度泛函理論 (DFT)(DFT)在周期性大尺度材料上應(yīng)用的進(jìn)展，對(duì)材料設(shè)計(jì)和加工在周期性大尺度材料上應(yīng)用的進(jìn)展，對(duì)材料設(shè)計(jì)和加工越來(lái)越重要。該理論使得研究者能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋

20、；并從未知晶體的結(jié)構(gòu)性越來(lái)越重要。該理論使得研究者能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋?zhuān)徊奈粗w的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、結(jié)合能和表面分子的活動(dòng)性確定材料的本征性質(zhì)。這些理論工具可用于指導(dǎo)質(zhì)、結(jié)合能和表面分子的活動(dòng)性確定材料的本征性質(zhì)。這些理論工具可用于指導(dǎo)新材料的設(shè)計(jì)，幫助研究者了解內(nèi)在的化學(xué)和物理過(guò)程。新材料的設(shè)計(jì)，幫助研究者了解內(nèi)在的化學(xué)和物理過(guò)程。注意注意: : 如果你的服務(wù)器沒(méi)有足夠快的如果你的服務(wù)器沒(méi)有足夠快的CPUCPU，請(qǐng)慎用，請(qǐng)慎用CASTEPCASTEP進(jìn)行幾何優(yōu)化計(jì)算，因?yàn)檫M(jìn)行幾何優(yōu)化計(jì)算，因?yàn)樗鼤?huì)占用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間它會(huì)占用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間 。AlAl的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(0 0 0） (1/2 1

21、/2 0) (1/2 0 1/2) （0 1/2 1/2）AsAs的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(3/4 3/4 3/4） (1/4 1/4 3/4) (1/4 3/4 1/4) （3/4 1/4 1/4）(0 0 0）(1/2 0 1/2)(1/2 1/2 0)（0 1/2 1/2）(1/4 1/4 3/4)（3/4 1/4 1/4）（1/4 3/4 1/4）（3/4 3/4 3/4）As: (3/4 3/4 3/4）= (1/4 1/4 1/4） 1. 1. 構(gòu)建構(gòu)建AlAsAlAs的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu) 空間群是空間群是F-43m 構(gòu)建一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，需要知道該晶體的空間群、晶格參數(shù)和晶體的內(nèi)坐構(gòu)

22、建一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，需要知道該晶體的空間群、晶格參數(shù)和晶體的內(nèi)坐標(biāo)。對(duì)標(biāo)。對(duì)AlAs AlAs 來(lái)說(shuō)，空間群是來(lái)說(shuō)，空間群是F-43mF-43m，空間群代號(hào)為，空間群代號(hào)為216216。原胞有兩個(gè)原子，。原胞有兩個(gè)原子，Al Al 和和As As 的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0, 0, 0)(0, 0, 0)和和(0.25, 0.25, 0.25)(0.25, 0.25, 0.25)，晶格參數(shù)為，晶格參數(shù)為5.6622 .5.6622 .。 第一步是建立晶格。第一步是建立晶格。 在在D diskD disk上建立英文目錄上建立英文目錄D:class3D:class3。按下面步驟。按下面步驟,

23、 ,在在Project Explorer Project Explorer 內(nèi)，建立內(nèi)，建立AlAsAlAs根目錄。根目錄。從“開(kāi)始”或快捷圖標(biāo) 打開(kāi)MS。找到class3，按“打開(kāi)”按鈕輸入AlAs，這將是新的Project的名字。在 Project Explorer中，右擊根目錄AlAs，選擇New | 3D Atomistic Document。右擊3D Atomistic document文件，將該文件重新命名為AlAs.xsd。從菜單欄里選擇從菜單欄里選擇Build / Crystals / Build CrystalBuild / Crystals / Build Crystal。

24、Build Crystal Build Crystal 對(duì)話框顯示出來(lái)。對(duì)話框顯示出來(lái)。點(diǎn)擊點(diǎn)擊Enter group Enter group 輸入輸入216216，按下，按下TAB TAB 按鈕按鈕( (或或在在Enter groupEnter group中選擇中選擇F-43m)F-43m)，空間群信息更新為空間群信息更新為F-43m F-43m 空間群。空間群?？臻g群信息框中的信息也空間群信息框中的信息也隨著隨著F-43mF-43m空間群的信息而發(fā)生變空間群的信息而發(fā)生變化化 。楊碚芳課楊碚芳課選擇選擇Lattice Parameters 標(biāo)簽，標(biāo)簽，把把a(bǔ)值從值從10.00 變?yōu)樽優(yōu)?.

25、662。點(diǎn)。點(diǎn)擊擊Build 按鈕。按鈕。單擊此圖標(biāo)，然后可旋轉(zhuǎn)晶格，顯示其立體結(jié)構(gòu)。一個(gè)沒(méi)有原子的3D 格子顯示在格子顯示在3D Atomistic 文件里。文件里。AsAl?Atom # OX SITE x y z SOF H Al 1 +3 4 a 0 0 0 1. 0 As 2 -3 4 c 0.25 0.25 0.25 1. 0 *end for ICSD #67784AlAl的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(0 0 0） (1/2 1/2 0) (1/2 0 1/2) （0 1/2 1/2）AsAs的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(3/4 3/4 3/4） (1/4 1/4 3/4) (1/4 3

26、/4 1/4) （3/4 1/4 1/4）輸入幾個(gè)原子？輸入幾個(gè)原子？Ba3Si6O9N4作業(yè)作業(yè)1 1：解釋符：解釋符號(hào)和群號(hào)和群F-43mF-43m的意思，給出的意思，給出參考書(shū)。參考書(shū)。需輸入需輸入3 3個(gè)個(gè)BaBa 2 2個(gè)個(gè)SiSi 2 2個(gè)個(gè)N N 3 3個(gè)個(gè)O O * * 從菜單欄中選擇從菜單欄中選擇Build / Add AtomsBuild / Add Atoms。通過(guò)。通過(guò)Add Atoms Add Atoms 對(duì)話框，我們可以對(duì)話框，我們可以把原子添加到指定的位置，其對(duì)話框如下：把原子添加到指定的位置，其對(duì)話框如下： 在Add Atoms對(duì)話框中選擇Options標(biāo)簽，確

27、定Coordinate system為Fractional。* * 如上所示，選擇如上所示，選擇AtomsAtoms標(biāo)簽，通過(guò)周期表，在標(biāo)簽，通過(guò)周期表，在ElementElement文本框文本框中輸入中輸入AlAl， 再輸入再輸入Al 的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)的分?jǐn)?shù)坐標(biāo) (0, 0, 0)，然后按下然后按下AddAdd按鈕，按鈕，鋁原子就添加到結(jié)構(gòu)中了。鋁原子就添加到結(jié)構(gòu)中了。 * * 從菜單欄中選擇從菜單欄中選擇View / Display StyleView / Display Style。在打開(kāi)的對(duì)話框中，。在打開(kāi)的對(duì)話框中，選擇選擇Ball and stickBall and stick顯示方式。

28、顯示方式。* * 同前，在同前，在ElementElement文本框中鍵入文本框中鍵入AsAs。在。在a, b, ca, b, c文本框中鍵入文本框中鍵入0.250.25。按。按AddAdd按鈕，這樣按鈕，這樣AsAs也加入到晶格中。關(guān)閉對(duì)話框。也加入到晶格中。關(guān)閉對(duì)話框。說(shuō)明：上面操作雖然只加入一個(gè)說(shuō)明：上面操作雖然只加入一個(gè)AlAl、一個(gè)、一個(gè)AsAs，但群的對(duì)稱(chēng)操作在晶體中補(bǔ)，但群的對(duì)稱(chēng)操作在晶體中補(bǔ)充了剩余的充了剩余的AlAl原子和原子和AsAs原子原子( (等位原子等位原子) )。 如果新加原子以如果新加原子以lineline方式顯示，可重復(fù)前面步驟，改顯示方式為方式顯示，可重復(fù)前面

29、步驟，改顯示方式為Ball Ball and Stickand Stick。單擊此圖標(biāo)，出現(xiàn)添加原子Add Atoms 對(duì)話框。選擇原子名稱(chēng)，輸入分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，按Add，則原子添加到晶體結(jié)構(gòu)圖中。重復(fù)操作，直到添加完晶胞中的所有原子。關(guān)閉Add Atoms框。前面的添加原子操作也可用下面圖標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里前面的添加原子操作也可用下面圖標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里不再重復(fù)。不再重復(fù)。* * 從上面的從上面的AlAsAlAs晶體結(jié)構(gòu)看出，近鄰晶胞中的原子也顯示出來(lái)。這種晶體結(jié)構(gòu)看出，近鄰晶胞中的原子也顯示出來(lái)。這種顯示表示了顯示表示了AlAsAlAs晶體中鍵的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)然，可以通過(guò)重新建造晶體晶體中鍵的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)

30、然，可以通過(guò)重新建造晶體結(jié)構(gòu)來(lái)移去這些結(jié)構(gòu)來(lái)移去這些近鄰晶胞中的近鄰晶胞中的原子。原子。 從菜單欄中選擇從菜單欄中選擇Build / Crystals / Rebuild Crystal.，打開(kāi)對(duì)話框，打開(kāi)對(duì)話框，按下按下Rebuild按鈕。在顯示出的晶體按鈕。在顯示出的晶體結(jié)構(gòu)中那些原子就被移走了。已經(jīng)結(jié)構(gòu)中那些原子就被移走了。已經(jīng)把顯示方式定為把顯示方式定為Ball and Stick。按下面圖示步驟，保存結(jié)果。按下面圖示步驟，保存結(jié)果。 3D Viewer 3D Viewer 內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的晶胞晶胞conventional (unit) cellconventi

31、onal (unit) cell，顯示了晶格的立方對(duì)稱(chēng)，顯示了晶格的立方對(duì)稱(chēng)性。性。CASTEP CASTEP 利用了晶格的對(duì)稱(chēng)性，可以使用只包含兩個(gè)利用了晶格的對(duì)稱(chēng)性，可以使用只包含兩個(gè)原子的原子的原胞原胞primitive (unit) cellprimitive (unit) cell來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而晶來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而晶胞包含了胞包含了8 8 個(gè)原子。電荷密度、鍵長(zhǎng)和每個(gè)原子的總能量個(gè)原子。電荷密度、鍵長(zhǎng)和每個(gè)原子的總能量將是一樣的，而不管這個(gè)將是一樣的，而不管這個(gè)unit cellunit cell是如何被定義的。這是如何被定義的。這樣，使用原胞，原子數(shù)較少，計(jì)算量大大減小，計(jì)算時(shí)間樣，使

32、用原胞，原子數(shù)較少，計(jì)算量大大減小，計(jì)算時(shí)間將被縮短。將被縮短。Note：在計(jì)算磁性體系時(shí)，使用了自旋極化。這時(shí)要注：在計(jì)算磁性體系時(shí)，使用了自旋極化。這時(shí)要注意，電荷密度自旋波的周期是原胞的數(shù)倍。意，電荷密度自旋波的周期是原胞的數(shù)倍。* 選擇菜單欄里的選擇菜單欄里的Build / Symmetry / Primitive Cell。模型文件模型文件(3D Viewer)顯示為原胞顯示為原胞(primitive cell)。 AlAs的原胞 不同角度 在晶體圖上按右鍵，選在晶體圖上按右鍵，選Label，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選ElementSymbol。按按apply，晶胞上顯示

33、元，晶胞上顯示元素符號(hào)。素符號(hào)。2. 設(shè)置設(shè)置CASTEP CASTEP 計(jì)算任務(wù)計(jì)算任務(wù) 從工具欄中選擇從工具欄中選擇CASTEP 工具，再選擇工具，再選擇Calculation或從或從菜單欄中選擇菜單欄中選擇Modules | CASTEP |Calculation。CASTEP Calculation對(duì)話框如下：對(duì)話框如下： 下面我們分兩步，先優(yōu)化下面我們分兩步，先優(yōu)化AlAsAlAs的幾何結(jié)構(gòu)，再計(jì)算的幾何結(jié)構(gòu)，再計(jì)算Band Band StructureStructure和和Density of statesDensity of states。(1) 優(yōu)化優(yōu)化AlAs晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)

34、* 把把Task 改為改為Geometry Optimization，計(jì)算精度，計(jì)算精度Quality設(shè)設(shè)置為置為coarse。* 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的默認(rèn)設(shè)置是優(yōu)化原結(jié)構(gòu)優(yōu)化的默認(rèn)設(shè)置是優(yōu)化原子坐標(biāo)。在本例中，我們不僅要子坐標(biāo)。在本例中，我們不僅要優(yōu)化原子坐標(biāo)，同時(shí)也要優(yōu)化晶優(yōu)化原子坐標(biāo)，同時(shí)也要優(yōu)化晶格常數(shù)。格常數(shù)。* 按下與按下與Task 相關(guān)的相關(guān)的More按鈕，按鈕，勾選上勾選上Optimize Cell， 關(guān)閉此對(duì)關(guān)閉此對(duì)話框。話框。 當(dāng)改變計(jì)算精度的時(shí)候，其它當(dāng)改變計(jì)算精度的時(shí)候，其它的參數(shù)也會(huì)自動(dòng)作相應(yīng)的變化。的參數(shù)也會(huì)自動(dòng)作相應(yīng)的變化。* * 選擇選擇ElectronicElectro

35、nic標(biāo)簽欄，按下標(biāo)簽欄，按下MoreMore按鈕。在按鈕。在SCFSCF對(duì)話框里作如下設(shè)置，對(duì)話框里作如下設(shè)置，將將ChargeCharge由由0.50.5改為改為0.150.15，鉤上鉤上Fix occupancyFix occupancy。* * 選擇選擇PropertiesProperties標(biāo)簽欄，里面的標(biāo)簽欄，里面的計(jì)算任務(wù)都計(jì)算任務(wù)都不不要選。要選。* * 選擇選擇Job Control Job Control 標(biāo)簽欄，按下標(biāo)簽欄，按下MoreMore按鈕。在按鈕。在CASTEP CASTEP Job Control Options Job Control Options 對(duì)話框

36、里，改變對(duì)話框里，改變 Update interval Update interval 為為30.0 s30.0 s，關(guān)閉此對(duì)話框。，關(guān)閉此對(duì)話框。按下按下Run 按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。注意，此時(shí)注意，此時(shí)3D結(jié)構(gòu)為激活窗口。如果激活窗口是文本，結(jié)構(gòu)為激活窗口。如果激活窗口是文本， 則則Run為灰色。為灰色。 幾秒鐘后，一個(gè)新文件夾出現(xiàn)在幾秒鐘后，一個(gè)新文件夾出現(xiàn)在Project Explorer Project Explorer 內(nèi)，該文件夾包含內(nèi)，該文件夾包含了所有的計(jì)算結(jié)果。了所有的計(jì)算結(jié)果。 如果使用客戶端服務(wù)器模式，當(dāng)工作結(jié)束時(shí)，文件會(huì)被如果使用客戶端服務(wù)器模式，當(dāng)工作

37、結(jié)束時(shí)，文件會(huì)被傳回到客戶端。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程需要一定的時(shí)間，與文件的大傳回到客戶端。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程需要一定的時(shí)間，與文件的大小有關(guān)。小有關(guān)。Job Explorer Job Explorer 顯示了所有正在運(yùn)行的工作的狀態(tài)。它顯示了很多有用的信息，包顯示了所有正在運(yùn)行的工作的狀態(tài)。它顯示了很多有用的信息，包括服務(wù)器和工作代碼。如果需要，也可以通過(guò)括服務(wù)器和工作代碼。如果需要，也可以通過(guò)Job ExplorerJob Explorer來(lái)中止運(yùn)行工作。來(lái)中止運(yùn)行工作。在工作運(yùn)行過(guò)程在工作運(yùn)行過(guò)程中，四個(gè)文件打中，四個(gè)文件打開(kāi)了。這些文件開(kāi)了。這些文件包含了晶體結(jié)構(gòu)、包含了晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中結(jié)構(gòu)優(yōu)

38、化過(guò)程中模型的更新、工模型的更新、工作參數(shù)的設(shè)置和作參數(shù)的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)的信息，運(yùn)行狀態(tài)的信息，以及關(guān)于總能量、以及關(guān)于總能量、能量變化、應(yīng)力、能量變化、應(yīng)力、壓力和位移隨迭壓力和位移隨迭代次數(shù)變化的圖代次數(shù)變化的圖表。表。計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的兩個(gè)表計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的兩個(gè)表示能量收斂的圖框。示能量收斂的圖框。查看計(jì)算查看計(jì)算設(shè)置設(shè)置 幾分鐘后，計(jì)算結(jié)束，出現(xiàn)幾分鐘后，計(jì)算結(jié)束，出現(xiàn)Job CompletedJob Completed 提示，表示計(jì)算成功。提示，表示計(jì)算成功。輸出文本輸出文本文檔為文檔為AlAs.castep，包含優(yōu)化信息，在，包含優(yōu)化信息，在AlAs CASTEP GeomOpt文件

39、夾中。文件夾中。按下面圖按下面圖示操作，關(guān)閉工作窗口中的文件。示操作，關(guān)閉工作窗口中的文件。 (2) (2) 接下來(lái)，利用優(yōu)化過(guò)的接下來(lái)，利用優(yōu)化過(guò)的AlAsAlAs結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)構(gòu)，計(jì)算AlAsAlAs的的Band StructureBand Structure和和Density of statesDensity of states。* * 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文件中，雙擊在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文件中，雙擊AlAs.xsdAlAs.xsd、AlAs.castepAlAs.castep兩個(gè)文件。兩個(gè)文件。這兩個(gè)文件出現(xiàn)在工作窗口中。按這兩個(gè)文件出現(xiàn)在工作窗口中。按下面圖示設(shè)定計(jì)算任務(wù)，直至下面圖示設(shè)定計(jì)算任務(wù)，直

40、至RunRun。出現(xiàn)新的文出現(xiàn)新的文件夾件夾* 打開(kāi)新文件夾打開(kāi)新文件夾AlAs CASTEP Properties，雙擊，雙擊AlAs_BandStr.castep，這此，這此文件出現(xiàn)在工作窗口中。文件出現(xiàn)在工作窗口中。* 按圖示操作，顯示按圖示操作，顯示AlAs的的Band Structure。(3) (3) 計(jì)算結(jié)束后，查看計(jì)算結(jié)束后，查看AlAsAlAs的的Band StructureBand Structure和和Density of statesDensity of states的計(jì)算結(jié)果。的計(jì)算結(jié)果。可用工具可用工具 放大、放大、縮小能帶圖?？s小能帶圖。 能帶圖下方的字母表示布里

41、淵區(qū)的高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。單擊能帶圖下方的字母表示布里淵區(qū)的高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。單擊AlAs.xsd文件，使其為當(dāng)前文件，使其為當(dāng)前活動(dòng)窗口。再按圖示點(diǎn)擊計(jì)算設(shè)置活動(dòng)窗口。再按圖示點(diǎn)擊計(jì)算設(shè)置 ，使當(dāng)前狀態(tài)為，使當(dāng)前狀態(tài)為Band Structure。點(diǎn)擊下方的點(diǎn)擊下方的More，則顯示出對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的坐標(biāo)。，則顯示出對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的坐標(biāo)。12* 在新文件夾在新文件夾AlAs CASTEP Properties中雙擊中雙擊AlAs_DOS.castep，這此文，這此文件出現(xiàn)在工作窗口中。件出現(xiàn)在工作窗口中。* 按圖示操作，顯示按圖示操作，顯示AlAs的的DOS?？捎霉ぞ呖捎霉ぞ?放大、放大、縮小能帶圖?？s小能帶圖。(4) (4

42、) 前面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯示，前面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯示，AlAsAlAs的總能量隨迭代次數(shù)振蕩。下面改計(jì)算方的總能量隨迭代次數(shù)振蕩。下面改計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免振蕩。計(jì)算步驟與前面類(lèi)似，圖示如下。法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免振蕩。計(jì)算步驟與前面類(lèi)似，圖示如下。結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程，可結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程，可見(jiàn)隨著迭代次數(shù)的見(jiàn)隨著迭代次數(shù)的增加，增加，AlAsAlAs的總能的總能量逐漸減小。量逐漸減小。* 按下面圖示步驟，保存計(jì)算結(jié)果，關(guān)閉工作窗口中的文件。按下面圖示步驟，保存計(jì)算結(jié)果，關(guān)閉工作窗口中的文件。(5) (5) 同樣，利用優(yōu)化過(guò)的同樣，利用優(yōu)化過(guò)的AlAsAlAs結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)構(gòu)，計(jì)算AlAsAlAs的的Band S

43、tructureBand Structure和和Density Density of statesof states。*在新出現(xiàn)的文件夾中，打開(kāi)在新出現(xiàn)的文件夾中，打開(kāi)AlAs.castep、AlAs.xsd兩個(gè)文件。這兩個(gè)文兩個(gè)文件。這兩個(gè)文件都出現(xiàn)在工作窗口中。件都出現(xiàn)在工作窗口中。作業(yè)2：在.CASTEP文件中找到并記下總電子能量，與前面優(yōu)化后的總電子能量比較，哪個(gè)應(yīng)該??？* 設(shè)置計(jì)算任務(wù)，按設(shè)置計(jì)算任務(wù)，按Run進(jìn)行計(jì)算，關(guān)閉對(duì)話框。進(jìn)行計(jì)算，關(guān)閉對(duì)話框。(6) (6) 計(jì)算結(jié)束后，查看計(jì)算結(jié)束后，查看AlAsAlAs的的Band StructureBand Structure和和De

44、nsity of statesDensity of states的計(jì)算結(jié)果。的計(jì)算結(jié)果。* 計(jì)算結(jié)束后，出現(xiàn)提示，關(guān)閉。計(jì)算結(jié)束后，出現(xiàn)提示，關(guān)閉。* 保存計(jì)算結(jié)果，清理工作窗保存計(jì)算結(jié)果，清理工作窗口。口。* 在新出現(xiàn)的在新出現(xiàn)的AlAs CASTEP Properties文件夾文件夾中，雙擊中，雙擊AlAs_BandStr.castep，該文件出現(xiàn)在，該文件出現(xiàn)在工作窗口中。工作窗口中。* 按圖示操作，顯示帶按圖示操作，顯示帶結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。* 同樣，雙擊同樣，雙擊AlAs_DOS.castep，顯示態(tài)，顯示態(tài)密度。密度。說(shuō)明：說(shuō)明： 分析工具可以用來(lái)顯示態(tài)密度分析工具可以用來(lái)顯示態(tài)密度(DO

45、S)(DOS)和能帶結(jié)構(gòu)。和能帶結(jié)構(gòu)。 能帶結(jié)構(gòu)圖顯示了布里淵區(qū)內(nèi)沿著高對(duì)稱(chēng)方向電子能量對(duì)能帶結(jié)構(gòu)圖顯示了布里淵區(qū)內(nèi)沿著高對(duì)稱(chēng)方向電子能量對(duì)k k矢的依賴(lài)矢的依賴(lài)性。這些圖提供了一個(gè)對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的非常有用的工具。性。這些圖提供了一個(gè)對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的非常有用的工具。譬如，與近自由的譬如，與近自由的s s 、p p 電子構(gòu)成的能帶相比，很容易鑒別出電子構(gòu)成的能帶相比，很容易鑒別出d d、f f電子構(gòu)電子構(gòu)成的窄帶。成的窄帶。 DOS DOS 和和PDOS PDOS 圖給出了材料的電子結(jié)構(gòu)的一個(gè)快速定性圖像，有時(shí)候圖給出了材料的電子結(jié)構(gòu)的一個(gè)快速定性圖像，有時(shí)候它們可以

46、直接和實(shí)驗(yàn)光譜結(jié)果相關(guān)聯(lián)。它們可以直接和實(shí)驗(yàn)光譜結(jié)果相關(guān)聯(lián)。 CASTEPCASTEP的主要輸出結(jié)果文件的主要輸出結(jié)果文件AlAs.castep AlAs.castep 包含了有限的能帶結(jié)構(gòu)和包含了有限的能帶結(jié)構(gòu)和DOS DOS 信息，更多的詳細(xì)信息包含在信息，更多的詳細(xì)信息包含在AlAs_BandStr.castep AlAs_BandStr.castep 文件內(nèi)。文件內(nèi)。 打開(kāi)打開(kāi)Analysis Analysis 對(duì)話框，選上對(duì)話框，選上Band structureBand structure。從這個(gè)對(duì)話框可以看。從這個(gè)對(duì)話框可以看出，可以把能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度信息顯示在同一個(gè)圖中。在出，可

47、以把能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度信息顯示在同一個(gè)圖中。在DOSDOS部分，選上部分，選上Show DOSShow DOS，單擊，單擊ViewView，出現(xiàn)的圖包含了帶結(jié)構(gòu)和，出現(xiàn)的圖包含了帶結(jié)構(gòu)和DOSDOS兩種信息。當(dāng)然，可兩種信息。當(dāng)然，可以分別顯示能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。以分別顯示能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。 可以按圖片、數(shù)據(jù)格式輸出圖文件，數(shù)據(jù)可由可以按圖片、數(shù)據(jù)格式輸出圖文件，數(shù)據(jù)可由ExcelExcel等軟件讀取。等軟件讀取。還可以借助還可以借助CASTEP CASTEP 來(lái)計(jì)算很多其他性質(zhì)，比如反射率和介電函數(shù)等等。來(lái)計(jì)算很多其他性質(zhì)，比如反射率和介電函數(shù)等等。DFT計(jì)算帶隙計(jì)算帶隙Eg，數(shù)值偏，數(shù)值偏小。

48、比較下圖可知，計(jì)算小。比較下圖可知，計(jì)算精度高，精度高，Eg大。大。(7) (7) 比較兩次計(jì)算的結(jié)果比較兩次計(jì)算的結(jié)果12431.2961.762作業(yè)作業(yè)2 2：比較兩次計(jì)算出的總電子能量：比較兩次計(jì)算出的總電子能量3 3 分析結(jié)果分析結(jié)果當(dāng)結(jié)果文件被傳輸回來(lái)，會(huì)得到下列數(shù)個(gè)文件：當(dāng)結(jié)果文件被傳輸回來(lái)，會(huì)得到下列數(shù)個(gè)文件： AlAs.xsd AlAs.xsd 最后的優(yōu)化結(jié)構(gòu)最后的優(yōu)化結(jié)構(gòu) AlAs Trajectory.xtd - AlAs Trajectory.xtd - 一個(gè)軌跡文件，一個(gè)軌跡文件， 包含了包含了每一個(gè)優(yōu)化步驟后每一個(gè)優(yōu)化步驟后的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) AlAs.castep AlA

49、s.castep 包含了優(yōu)化信息的輸出包含了優(yōu)化信息的輸出 文本文件文本文件 AlAs.param AlAs.param 模擬所用的輸入?yún)?shù)模擬所用的輸入?yún)?shù) 計(jì)算任何一個(gè)性質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生計(jì)算任何一個(gè)性質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生.param .param 和和.castep .castep 文件。文件。 在在AlAs AlAs 結(jié)構(gòu)中，由于對(duì)稱(chēng)性的存在，受力為結(jié)構(gòu)中，由于對(duì)稱(chēng)性的存在，受力為0 0，但是應(yīng)力的大小取，但是應(yīng)力的大小取決于晶格參數(shù)。這樣，決于晶格參數(shù)。這樣，CASTEP CASTEP 就會(huì)努力去最小化系統(tǒng)的總能量和應(yīng)力。就會(huì)努力去最小化系統(tǒng)的總能量和應(yīng)力。因此，為保證計(jì)算能夠合適地完成，檢查壓力

50、收斂是非常重要的。因此，為保證計(jì)算能夠合適地完成，檢查壓力收斂是非常重要的。 在在Project Explorer 內(nèi)，雙擊內(nèi)，雙擊AlAs.castep ，將其激活為當(dāng)前工作文件。，將其激活為當(dāng)前工作文件。選擇菜單欄里的選擇菜單欄里的Edit | Find. ，在文本框中輸入，在文本框中輸入“completed successfully”，按下按下Find Next 按鈕，按鈕，AlAs.castep文件滾動(dòng)。文件滾動(dòng)。 看到一個(gè)含有兩行的表格，最后一列的每一行都顯示為看到一個(gè)含有兩行的表格，最后一列的每一行都顯示為Yes，這表明計(jì)，這表明計(jì)算成功地結(jié)束。算成功地結(jié)束。 開(kāi)始創(chuàng)建晶胞時(shí)，就知

51、道晶格長(zhǎng)度為開(kāi)始創(chuàng)建晶胞時(shí)，就知道晶格長(zhǎng)度為5.6622 。因此，可以把能量最小。因此，可以把能量最小化后的晶格長(zhǎng)度與初始的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。實(shí)驗(yàn)的晶格長(zhǎng)度基于晶胞結(jié)構(gòu)，化后的晶格長(zhǎng)度與初始的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。實(shí)驗(yàn)的晶格長(zhǎng)度基于晶胞結(jié)構(gòu)，而不是原胞，因此需要將現(xiàn)在的原胞轉(zhuǎn)化為晶胞，再與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。而不是原胞，因此需要將現(xiàn)在的原胞轉(zhuǎn)化為晶胞，再與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。 4. 比較比較AlAs晶體結(jié)構(gòu)的計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)* 雙擊雙擊AlAs.xsd 使其為當(dāng)前工作文件使其為當(dāng)前工作文件* 從菜單欄里選擇從菜單欄里選擇Build / Symmetry / Conventional

52、Cell，晶胞顯示出來(lái)。，晶胞顯示出來(lái)。* 有數(shù)種方法看到晶格有數(shù)種方法看到晶格長(zhǎng)度，一種就是打開(kāi)長(zhǎng)度，一種就是打開(kāi)Lattice Parameters 對(duì)對(duì)話框。在模型文件話框。在模型文件(3D Viewer)上右擊，選擇上右擊，選擇Lattice Parameters。格。格矢大約為矢大約為5.721128 。* 另一種簡(jiǎn)單的方法是在左另一種簡(jiǎn)單的方法是在左側(cè)側(cè)Properties中選擇中選擇Lattice 3D，其中顯示晶格常數(shù)為，其中顯示晶格常數(shù)為5.72113 。 誤差大約是誤差大約是-0.5%。這在。這在1-2%典型誤差范圍內(nèi)，這個(gè)誤差值是贗勢(shì)平典型誤差范圍內(nèi)，這個(gè)誤差值是贗勢(shì)平面

53、波方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較的期望誤差。使用面波方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較的期望誤差。使用GGA函數(shù)，晶格常數(shù)的計(jì)算值函數(shù)，晶格常數(shù)的計(jì)算值偏大；使用偏大；使用LDA函數(shù)，晶格常數(shù)的計(jì)算值偏?。缓瘮?shù)，晶格常數(shù)的計(jì)算值偏??； 繼續(xù)之前，需要保存工作，并關(guān)閉所有窗口。繼續(xù)之前，需要保存工作，并關(guān)閉所有窗口。選擇菜單欄上的選擇菜單欄上的File | Save Project，然后是，然后是Window | Close All。* 從工具欄選擇從工具欄選擇CASTEP ，然后選擇然后選擇Analysis(或從菜單欄選擇或從菜單欄選擇Modules / CASTEP / Analysis)，再，再選中選中Electron density選項(xiàng)。選項(xiàng)。 此時(shí)，會(huì)有一條信息此時(shí)，會(huì)有一條信息“no results file is available”no results file is available”，說(shuō)沒(méi)有什么，說(shuō)沒(méi)有什么結(jié)果文件，所以需要指定結(jié)果文件。結(jié)果文件，所以需要指定結(jié)果文件。 在在Project Explorer Project Explorer 內(nèi)，雙擊內(nèi)，雙擊AlAs.castepAlAs.castep。這將把結(jié)果文件和分析對(duì)。這將把結(jié)果文件和分析對(duì)話框