中科大MaterialsStudio培訓(xùn)教程

中科大MaterialsStudio培訓(xùn)教程*不支持中文目錄*顯示擴(kuò)展名CASTEP概述關(guān)于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)根本程序，其使用了密度泛函(DFT〕平面波贗勢(shì)方法，進(jìn)展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，礦物和沸石等材料的晶體和外表性質(zhì)。典型的應(yīng)用包括外表化學(xué)，鍵構(gòu)造，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研究，CASTAP也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的3D形式。此外，CASTAP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)。MaterialStudio使用組件對(duì)話框中的CASTAP選項(xiàng)允許準(zhǔn)備，啟動(dòng)，分析和監(jiān)測(cè)CASTAP服役工作。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。分析：允許處理和演示CASTAP計(jì)算結(jié)果。這一工具提供加速整體直觀化以及鍵構(gòu)造圖，態(tài)密度圖形和光學(xué)性質(zhì)圖形。CASTAP的任務(wù)CASTAP計(jì)算是要進(jìn)展的三個(gè)任務(wù)中的一個(gè)，即單個(gè)點(diǎn)的能量計(jì)算，幾何優(yōu)化或分子動(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)為一種附加的任務(wù)，允許重新開場(chǎng)已完成的計(jì)算以便產(chǎn)生最初沒有提出的額外性能。在CASTAP計(jì)算中有很多運(yùn)行步驟，可分為如下幾組：*構(gòu)造定義：必須規(guī)定包含所感興趣構(gòu)造的周期性的3D模型文件，有大量方法規(guī)定一種構(gòu)造：可使用構(gòu)建晶體〔BuildCrystal)或構(gòu)建真空板(BuildVacuumStab)來構(gòu)建，也可從已經(jīng)存在的的構(gòu)造文檔中引入，還可修正已存在的構(gòu)造。注意：CASTAP僅能在3D周期模型文件根底上進(jìn)展計(jì)算，必須構(gòu)建超單胞，以便研究分子體系。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，建議用最小的原胞來描述體系，可使用Build\Symmetry\PrimitiveCell菜單項(xiàng)選擇項(xiàng)來轉(zhuǎn)換成原胞。CASTAP中選擇一項(xiàng)任務(wù)1從模塊面板〔ModuleExplorer)選擇CASTAP\Calculation。2選擇設(shè)置表。3從任務(wù)列表中選擇所要求的任務(wù)。

*計(jì)算設(shè)置：適宜的3D模型文件一旦確定，必須選擇計(jì)算類型和相關(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)算的磁盤并開場(chǎng)CASTAP作業(yè)。*結(jié)果分析：計(jì)算完成后，相關(guān)于CASTAP作業(yè)的文檔返回用戶，在工程面板適當(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)。CASTAP能量任務(wù)CASTAP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；也能創(chuàng)立電荷密度文件；利用材料觀測(cè)儀〔MaterialVisualizer)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Monkhorst-Park的k點(diǎn)的電子能量，因此在CASTAP分析中可生成態(tài)密度圖。對(duì)于能夠得到可靠構(gòu)造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)算沒有內(nèi)部自由度的高對(duì)稱性體系的狀態(tài)方程〔即壓力-體積，能量-體積關(guān)系〕。注意：具有內(nèi)部自由度的體系中，利用幾何優(yōu)化〔GeometryOptimization)任務(wù)可獲得狀態(tài)方程。CASTAP中能量的默認(rèn)單位是電子伏特(eV)，各種能量單位的換算關(guān)系見Mohr.P.J(2000).1eV=0.036749308Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/moleCASTAP幾何優(yōu)化任務(wù)CASTAP幾何優(yōu)化任務(wù)允許改善構(gòu)造的幾何，獲得穩(wěn)定構(gòu)造或多晶型物。通過一個(gè)迭代過程來完成這項(xiàng)任務(wù)，迭代過程中調(diào)整原子坐標(biāo)和晶胞參數(shù)使構(gòu)造的總能量最小化。CASTAP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。在這些情況下反復(fù)迭代內(nèi)部應(yīng)力張量直到與所施加的外部應(yīng)力相等。幾何優(yōu)化處理產(chǎn)生的模型構(gòu)造與真實(shí)構(gòu)造嚴(yán)密相似。利用CASTAP計(jì)算的晶格參數(shù)精度列于右圖。狀態(tài)方程計(jì)算在所施加靜壓力下幾何優(yōu)化可用于確定材料的體模量B和對(duì)壓力的導(dǎo)數(shù)B‘=dB/dP。過程包括計(jì)算理論狀態(tài)方程〔EOS〕，該方程描述單胞體積與外部靜壓力的關(guān)系。工藝非常類似于真實(shí)實(shí)驗(yàn)：使用幾何優(yōu)化對(duì)話框中的應(yīng)力列表將外部壓力固定。通過進(jìn)展幾何優(yōu)化可以找到在此壓力下的單胞體積。隨后的P-V數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)研究準(zhǔn)確一致。描述EOS選擇分析表達(dá)式，其參數(shù)適于計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)。最流行的EOS形式是三階Birch-Murnaghan方程：式中V0為平衡體積。Cohen等進(jìn)展了EOS各種解析式的的詳細(xì)比較研究。注意：從相應(yīng)實(shí)驗(yàn)中獲得的B和B‘值依賴于計(jì)算使用的壓力值范圍。利用金剛石壓砧獲得的實(shí)驗(yàn)值通常在0-30GPa范圍內(nèi)，因此推薦理論研究也在這個(gè)范圍內(nèi)。在研究中防止使用負(fù)壓力值也很重要。此外，用于生成P-V數(shù)據(jù)序列的壓力值可能是不均勻的，在低壓力范圍要求更準(zhǔn)確采樣以便獲得體模量準(zhǔn)確值。P-V幾何優(yōu)化方法在默認(rèn)條件下，CASTAP使用BFGS幾何優(yōu)化方法。該方法通常提供了尋找最低能量構(gòu)造的最快途徑，這是支持CASTAP單胞優(yōu)化的唯一模式。衰減分子動(dòng)力學(xué)〔Dampedmoleculardynamics〕方法是另一種可以選擇的方法，該方法對(duì)具有平滑勢(shì)能外表的體系如分子晶體或外表分子與BFGS同樣有效。

CASTAP動(dòng)力學(xué)任務(wù)CASTAP動(dòng)力學(xué)任務(wù)允許模擬構(gòu)造中原子在計(jì)算力的影響下將如何移動(dòng)。在進(jìn)展CASTAP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。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外表〔NVE動(dòng)力學(xué)〕。然而，在體系與環(huán)境進(jìn)展熱交換條件下發(fā)生最本質(zhì)的現(xiàn)象。使用NVT系綜〔或者是確定性的Nosé系綜或者是隨機(jī)性的Langevin系綜〕可模擬該條件。定義時(shí)間步長(zhǎng)〔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)間步長(zhǎng)。然而，如果時(shí)間步長(zhǎng)過大，那么可導(dǎo)致積分過程的不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確。典型地，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)。動(dòng)力學(xué)過程的約束CASTAP支持LangevinNVT或NVE動(dòng)力學(xué)過程的線性約束。然而，借助MaterialStudio界面可以近似使用以下兩種更根本的約束：質(zhì)心固定，單個(gè)原子固定。使用seedname.cell文檔可以利用更復(fù)雜的約束。

CASTAP性質(zhì)任務(wù)CASTAP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)行之后求出電子和構(gòu)造性質(zhì)。可以產(chǎn)生的性質(zhì)如下：*態(tài)密度〔DOS〕：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)Monkhorst-Pack網(wǎng)格上的電子本征值。*帶構(gòu)造：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。CASTAP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。*布局?jǐn)?shù)分析：進(jìn)展Mulliken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)算所要求的分量。*應(yīng)力：計(jì)算應(yīng)力張量，并寫入seedname.castep文檔。如果要進(jìn)展單胞參數(shù)固定時(shí)進(jìn)展幾何優(yōu)化運(yùn)行和要檢查點(diǎn)陣偏離平衡的程度，這些信息是有用的。例如，可進(jìn)展符合于給定體系理論基態(tài)的固定單胞的點(diǎn)缺陷的超晶胞研究。幾何優(yōu)化后的應(yīng)力值顯示了與超單胞近似相關(guān)聯(lián)的彈性效應(yīng)。注意：為計(jì)算某種性質(zhì)，從適當(dāng)模擬得到的結(jié)果文檔必須以當(dāng)前的文件夾形式出現(xiàn)。目的:介紹CASTEP中的構(gòu)造優(yōu)化，使用立體可視化工具顯示等值面

模塊:MaterialsVisualizer,CASTEP

前提:使用晶體建模工具用第一原理預(yù)測(cè)AlAs的晶格參數(shù)

內(nèi)容1.構(gòu)建AlAs的晶體構(gòu)造2.設(shè)置并進(jìn)展CASTEP計(jì)算3.分析結(jié)果4.比較計(jì)算的構(gòu)造參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(1)圖示電荷密度(2)圖示態(tài)密度和帶構(gòu)造引言本指南介紹了CASTEP是如何使用量子力學(xué)方法來確定材料的晶體構(gòu)造，使用者將學(xué)會(huì)如何構(gòu)建晶體構(gòu)造，設(shè)定一個(gè)CASTEP幾何優(yōu)化任務(wù)，然后分析計(jì)算結(jié)果。背景密度泛函理論(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)和加工越來越重要。該理論使得研究者能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展解釋；并從未知晶體的構(gòu)造性質(zhì)、結(jié)合能和外表分子的活動(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)和物理過程。注意:如果你的效勞器沒有足夠快的CPU，請(qǐng)慎用CASTEP進(jìn)展幾何優(yōu)化計(jì)算，因?yàn)樗鼤?huì)占用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。Al的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(000〕(1/21/20)(1/201/2)〔01/21/2〕As的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(3/43/43/4〕(1/41/43/4)(1/43/41/4)〔3/41/41/4〕(000）(1/201/2)(1/21/20)（01/21/2）(1/41/43/4)（3/41/41/4）（1/43/41/4）（3/43/43/4）As:(3/43/43/4）=(1/41/41/4）

1.構(gòu)建AlAs的晶體構(gòu)造空間群是F-43m構(gòu)建一個(gè)晶體構(gòu)造，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)AlAs來說，空間群是F-43m，空間群代號(hào)為216。原胞有兩個(gè)原子，Al和As的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0,0,0)和(0.25,0.25,0.25)，晶格參數(shù)為5.6622?.。第一步是建立晶格。在Ddisk上建立英文目錄D:\class3。按下面步驟,在ProjectExplorer內(nèi)，建立AlAs根目錄。從“開始”或快捷圖標(biāo)打開MS。找到class3，按“翻開〞按鈕輸入AlAs，這將是新的Project的名字。在ProjectExplorer中，右擊根目錄AlAs，選擇New|3DAtomisticDocument。右擊3DAtomisticdocument文件，將該文件重新命名為。從菜單欄里選擇Build/Crystals/BuildCrystal。BuildCrystal對(duì)話框顯示出來。點(diǎn)擊Entergroup輸入216，按下TAB按鈕(或在Entergroup中選擇F-43m)，空間群信息更新為F-43m空間群?？臻g群信息框中的信息也隨著F-43m空間群的信息而發(fā)生變化。楊碚芳課選擇LatticeParameters標(biāo)簽，把a(bǔ)值從10.00變?yōu)?。點(diǎn)擊Build按鈕。單擊此圖標(biāo)，然后可旋轉(zhuǎn)晶格，顯示其立體構(gòu)造。一個(gè)沒有原子的3D格子顯示在3DAtomistic文件里。AsAl?Atom#OXSITExyzSOFHAl1+34a0001.0As2-34c0.250.250.251.0*endforICSD#67784Al的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(000〕(1/21/20)(1/201/2)〔01/21/2〕As的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(3/43/43/4〕(1/41/43/4)(1/43/41/4)〔3/41/41/4〕輸入幾個(gè)原子？Ba3Si6O9N4作業(yè)1：解釋符號(hào)和群F-43m的意思，給出參考書。需輸入3個(gè)Ba2個(gè)Si2個(gè)N3個(gè)O

*從菜單欄中選擇Build/AddAtoms。通過AddAtoms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：

在AddAtoms對(duì)話框中選擇Options標(biāo)簽，確定Coordinatesystem為Fractional。*如上所示，選擇Atoms標(biāo)簽，通過周期表，在Element文本框中輸入Al，再輸入Al的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)(0,0,0)，然后按下Add按鈕，鋁原子就添加到構(gòu)造中了。*從菜單欄中選擇View/DisplayStyle。在翻開的對(duì)話框中，選擇Ballandstick顯示方式。*同前，在Element文本框中鍵入As。在a,b,c文本框中鍵入0.25。按Add按鈕，這樣As也參加到晶格中。關(guān)閉對(duì)話框。說明：上面操作雖然只參加一個(gè)Al、一個(gè)As，但群的對(duì)稱操作在晶體中補(bǔ)充了剩余的Al原子和As原子(等位原子)。如果新加原子以line方式顯示，可重復(fù)前面步驟，改顯示方式為BallandStick。單擊此圖標(biāo)，出現(xiàn)添加原子AddAtoms對(duì)話框。選擇原子名稱，輸入分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，按Add，那么原子添加到晶體構(gòu)造圖中。重復(fù)操作，直到添加完晶胞中的所有原子。關(guān)閉AddAtoms框。前面的添加原子操作也可用下面圖標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。這里不再重復(fù)。*從上面的AlAs晶體構(gòu)造看出，近鄰晶胞中的原子也顯示出來。這種顯示表示了AlAs晶體中鍵的拓?fù)錁?gòu)造。當(dāng)然，可以通過重新建造晶體構(gòu)造來移去這些近鄰晶胞中的原子。從菜單欄中選擇Build/Crystals/RebuildCrystal...，翻開對(duì)話框，按下Rebuild按鈕。在顯示出的晶體構(gòu)造中那些原子就被移走了。已經(jīng)把顯示方式定為BallandStick。按下面圖示步驟，保存結(jié)果。3DViewer內(nèi)的晶體構(gòu)造是傳統(tǒng)的晶胞[conventional(unit)cell]，顯示了晶格的立方對(duì)稱性。CASTEP利用了晶格的對(duì)稱性，可以使用只包含兩個(gè)原子的原胞[primitive(unit)cell]來進(jìn)展計(jì)算，而晶胞包含了8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)unitcell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Build/Symmetry/PrimitiveCell。模型文件(3DViewer)顯示為原胞(primitivecell)。

AlAs的原胞不同角度

在晶體圖上按右鍵，選Label，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選ElementSymbol。按apply，晶胞上顯示元素符號(hào)。2.設(shè)置CASTEP計(jì)算任務(wù)

從工具欄中選擇CASTEP工具，再選擇Calculation或從菜單欄中選擇Modules|CASTEP|Calculation。CASTEPCalculation對(duì)話框如下：

下面我們分兩步，先優(yōu)化AlAs的幾何構(gòu)造，再計(jì)算BandStructure和Densityofstates。(1)優(yōu)化AlAs晶體構(gòu)造*把Task改為GeometryOptimization，計(jì)算精度Quality設(shè)置為coarse。*構(gòu)造優(yōu)化的默認(rèn)設(shè)置是優(yōu)化原子坐標(biāo)。在本例中，我們不僅要優(yōu)化原子坐標(biāo)，同時(shí)也要優(yōu)化晶格常數(shù)。*按下與Task相關(guān)的More…按鈕，勾選上OptimizeCell，關(guān)閉此對(duì)話框。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。*選擇Electronic標(biāo)簽欄，按下More…按鈕。在SCF對(duì)話框里作如下設(shè)置，將Charge由改為，鉤上Fixoccupancy。*選擇Properties標(biāo)簽欄，里面的計(jì)算任務(wù)都不要選。*選擇JobControl標(biāo)簽欄，按下More…按鈕。在CASTEPJobControlOptions對(duì)話框里，改變Updateinterval為30.0s，關(guān)閉此對(duì)話框。按下Run按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。注意，此時(shí)3D構(gòu)造為激活窗口。如果激活窗口是文本，那么Run為灰色。

幾秒鐘后，一個(gè)新文件夾出現(xiàn)在ProjectExplorer內(nèi)，該文件夾包含了所有的計(jì)算結(jié)果。

如果使用客戶端－效勞器模式，當(dāng)工作完畢時(shí)，文件會(huì)被傳回到客戶端。數(shù)據(jù)傳輸過程需要一定的時(shí)間，與文件的大小有關(guān)。JobExplorer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，包括效勞器和工作代碼。如果需要，也可以通過JobExplorer來中止運(yùn)行工作。在工作運(yùn)行過程中，四個(gè)文件打開了。這些文件包含了晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中模型的更新、工作參數(shù)的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)的信息，以及關(guān)于總能量、能量變化、應(yīng)力、壓力和位移隨迭代次數(shù)變化的圖表。計(jì)算過程中出現(xiàn)的兩個(gè)表示能量收斂的圖框。查看計(jì)算設(shè)置幾分鐘后，計(jì)算完畢，出現(xiàn)‘JobCompleted’提示，表示計(jì)算成功。輸出文本文檔為AlAs.castep，包含優(yōu)化信息，在AlAsCASTEPGeomOpt文件夾中。按下面圖示操作，關(guān)閉工作窗口中的文件。(2)接下來，利用優(yōu)化過的AlAs構(gòu)造，計(jì)算AlAs的BandStructure和Densityofstates。*在構(gòu)造優(yōu)化的文件中，雙擊AlAs.xsd、AlAs.castep兩個(gè)文件。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Run。出現(xiàn)新的文件夾*打開新文件夾AlAsCASTEPProperties，雙擊AlAs_BandStr.castep，這此文件出現(xiàn)在工作窗口中。*按圖示操作，顯示AlAs的BandStructure。(3)計(jì)算完畢后，查看AlAs的BandStructure和Densityofstates的計(jì)算結(jié)果?？捎霉ぞ叻糯蟆⒖s小能帶圖。能帶圖下方的字母表示布里淵區(qū)的高對(duì)稱點(diǎn)。單擊AlAs.xsd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，使當(dāng)前狀態(tài)為BandStructure。點(diǎn)擊下方的More，則顯示出對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)。12*在新文件夾AlAsCASTEPProperties中雙擊，這此文件出現(xiàn)在工作窗口中。*按圖示操作，顯示AlAs的DOS?？捎霉ぞ叻糯?、縮小能帶圖。(4)前面的構(gòu)造優(yōu)化顯示，AlAs的總能量隨迭代次數(shù)振蕩。下面改計(jì)算方法進(jìn)展構(gòu)造優(yōu)化，防止振蕩。計(jì)算步驟與前面類似，圖示如下。構(gòu)造優(yōu)化過程，可見隨著迭代次數(shù)的增加，AlAs的總能量逐漸減小。*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。(5)同樣，利用優(yōu)化過的AlAs構(gòu)造，計(jì)算AlAs的BandStructure和Densityofstates。*在新出現(xiàn)的文件夾中，翻開AlAs.castep、AlAs.xsd兩個(gè)文件。這兩個(gè)文件都出現(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Run進(jìn)展計(jì)算，關(guān)閉對(duì)話框。(6)計(jì)算完畢后，查看AlAs的BandStructure和Densityofstates的計(jì)算結(jié)果。*計(jì)算完畢后，出現(xiàn)提示，關(guān)閉。*保存計(jì)算結(jié)果，清理工作窗口。*在新出現(xiàn)的AlAsCASTEPProperties文件夾中，雙擊，該文件出現(xiàn)在工作窗口中。*按圖示操作，顯示帶構(gòu)造。*同樣，雙擊，顯示態(tài)密度。說明：分析工具可以用來顯示態(tài)密度(DOS)和能帶構(gòu)造。能帶構(gòu)造圖顯示了布里淵區(qū)內(nèi)沿著高對(duì)稱方向電子能量對(duì)k矢的依賴性。這些圖提供了一個(gè)對(duì)材料的電子構(gòu)造進(jìn)展定性分析的非常有用的工具。譬如，與近自由的s、p電子構(gòu)成的能帶相比，很容易鑒別出d、f電子構(gòu)成的窄帶。DOS和PDOS圖給出了材料的電子構(gòu)造的一個(gè)快速定性圖像，有時(shí)候它們可以直接和實(shí)驗(yàn)光譜結(jié)果相關(guān)聯(lián)。CASTEP的主要輸出結(jié)果文件AlAs.castep包含了有限的能帶構(gòu)造和DOS信息，更多的詳細(xì)信息包含在AlAs_BandStr.castep文件內(nèi)。翻開Analysis對(duì)話框，選上Bandstructure。從這個(gè)對(duì)話框可以看出，可以把能帶構(gòu)造和態(tài)密度信息顯示在同一個(gè)圖中。在DOS局部，選上ShowDOS，單擊View，出現(xiàn)的圖包含了帶構(gòu)造和DOS兩種信息。當(dāng)然，可以分別顯示能帶構(gòu)造和態(tài)密度?？梢园磮D片、數(shù)據(jù)格式輸出圖文件，數(shù)據(jù)可由Excel等軟件讀取。還可以借助CASTEP來計(jì)算很多其他性質(zhì)，比方反射率和介電函數(shù)等等。DFT計(jì)算帶隙Eg，數(shù)值偏小。比較以下圖可知，計(jì)算精度高，Eg大。(7)比較兩次計(jì)算的結(jié)果1243作業(yè)2：比較兩次計(jì)算出的總電子能量3分析結(jié)果當(dāng)結(jié)果文件被傳輸回來，會(huì)得到以下數(shù)個(gè)文件：?AlAs.xsd–最后的優(yōu)化構(gòu)造?AlAsTrajectory.xtd-一個(gè)軌跡文件，包含了每一個(gè)優(yōu)化步驟后的構(gòu)造?AlAs.castep–包含了優(yōu)化信息的輸出文本文件?AlAs.param–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.param和.castep文件。在AlAs構(gòu)造中，由于對(duì)稱性的存在，受力為0，但是應(yīng)力的大小取決于晶格參數(shù)。這樣，CASTEP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)算能夠適宜地完成，檢查壓力收斂是非常重要的。在ProjectExplorer內(nèi)，雙擊AlAs.castep，將其激活為當(dāng)前工作文件。選擇菜單欄里的Edit|Find...，在文本框中輸入“completedsuccessfully〞，按下FindNext按鈕，AlAs.castep文件滾動(dòng)?？吹揭粋€(gè)含有兩行的表格，最后一列的每一行都顯示為Yes，這說明計(jì)算成功地完畢。開場(chǎng)創(chuàng)立晶胞時(shí)，就知道晶格長(zhǎng)度為5.6622?。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)度基于晶胞構(gòu)造，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AlAs晶體構(gòu)造的計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)*雙擊AlAs.xsd使其為當(dāng)前工作文件*從菜單欄里選擇Build/Symmetry/ConventionalCell，晶胞顯示出來。*有數(shù)種方法看到晶格長(zhǎng)度，一種就是翻開LatticeParameters對(duì)話框。在模型文件(3DViewer)上右擊，選擇LatticeParameters。格矢大約為5.721128?。*另一種簡(jiǎn)單的方法是在左側(cè)Properties中選擇Lattice3D，其中顯示晶格常數(shù)為5.72113?。誤差大約是-0.5%。這在1-2%典型誤差范圍內(nèi)，這個(gè)誤差值是贗勢(shì)平面波方法與實(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)算值偏大；使用LDA函數(shù)，晶格常數(shù)的計(jì)算值偏小；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File|SaveProject，然后是Window|Clo