CASTEP概述.ppt

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1、CASTEP概述CASTAP是特别为固体材料学而设计的一个现代的量子力学基本程序，其使用了密度泛函(DFT）平面波赝势方法，进行第一原理量子力学计算，以探索如半导体，陶瓷，金属，矿物和沸石等材料的晶体和表面性质。典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研究，CASTAP也可用于研究体系的电贺密度和波函数的3D形式。此外，CASTAP可用于有效研究点缺陷（空位，间隙和置换杂质）和扩展缺陷（如晶界和位错）的性质。MaterialStudio使用组件对话框中的CASTAP选项允许准备，启动，分析和监测CASTAP服役

2、工作。计算：允许选择计算选项（如基集，交换关联势和收敛判据），作业控制和文档控制。分析：允许处理和演示CASTAP计算结果。这一工具提供加速整体直观化以及键结构图，态密度图形和光学性质图形。关于CASTAPCASTAP的任务CASTAP计算是要进行的三个任务中的一个，即单个点的能量计算，几何优化或分子动力学。可提供这些计算中的每一个以便产生特定的物理性能。性质为一种附加的任务，允许重新开始已完成的计算以便产生最初没有提出的额外性能。在CASTAP计算中有很多运行步骤，可分为如下几组：结构定义：必须规定包含所感兴趣结构的周

3、期性的3D模型文件，有大量方法规定一种结构：可使用构建晶体（BuildCrystal)或构建真空板(BuildVacuumStab)来构建，也可从已经存在的的结构文档中引入，还可修正已存在的结构。注意：CASTAP仅能在3D周期模型文件基础上进行计算，必须构建超单胞，以便研究分子体系。提示：CASTAP计算所需时间随原子数平方的增加而增加。因此，建议是用最小的初晶胞来描述体系，可使用BuildSymmetryPrimitiveCell菜单选项来转换成初晶胞。计算设置：合适的3D模型文件一旦确定，必须选择计算类型和相关

4、参数，例如，对于动力学计算必须确定系综和参数，包括温度，时间步长和步数。选择运行计算的磁盘并开始CASTAP作业。结果分析：计算完成后，相关于CASTAP作业的文档返回用户，在项目面板适当位置显示。这些文档的一些进一步处理要求获得可观察量如光学性质。CASTAP中选择一项任务1从模块面板（ModuleExplorer)选择CASTAPCalculation。2选择设置表。3从任务列表中选择所要求的任务。CASTAP能量任务CASTAP能量任务允许计算特定体系的总能量以及物理性质。除了总能量之外，在计算之后还可报告作用于

5、原子上的力；也能创建电荷密度文件；利用材料观测仪（MaterialVisualizer)允许目测电荷密度的立体分布；还能报告计算中使用的Monkhorst-Park的k点的电子能量，因此在CASTAP分析中可生成态密度图。对于能够得到可靠结构信息的体系的电子性质的研究，能量任务是有用的。只要给定应力性质，也可用于计算没有内部自由度的高对称性体系的状态方程（即压力-体积，能量-体积关系）。注意：具有内部自由度的体系中，利用几何优化（GeometryOptimization)任务可获得状态方程。CASTAP中能量的缺损单位是

6、电子伏特(eV)，各种能量单位的换算关系见Mohr.P.J(2000).1eV=0.036749308Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/moleCASTAP几何优化任务CASTAP几何优化任务允许改善结构的几何，获得稳定结构或多晶型物。通过一个迭代过程来完成这项任务，迭代过程中调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。CASTAP几何优化是基于减小计算力和应力的数量级，直到小于规定的收敛误差。也可能给定外部应力张量来对拉应力，压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。在这些情况下反复迭代内部几何

7、优化处理产生的模型结构与真实结构紧密相似。利用CASTAP计算的晶格参数精度列于右图。应力张量直到与所施加的外部应力相等。状态方程计算在所施加静压力下几何优化可用于确定材料的体模量B和对压力的导数B‘=dB/dP。过程包括计算理论状态方程（EOS），该方程描述单胞体积于外部静压力的关系。工艺非常类似于真实实验：使用几何优化对话框中的应力列表将外部压力固定。通过进行几何优化可以找到在此压力下的单胞体积。随后的P-V数据分析与实验研究精确一致。描述EOS选择分析表达式，其参数适于计算数据点。最流行的EOS形式是三阶Birch

8、-Murnaghan方程：式中V0为平衡体积。Cohen等进行了EOS各种解析式的的详细比较研究。注意：从相应实验中获得的B和B‘值依赖于计算使用的压力值范围。利用金刚石压砧获得的实验值通常在0-30GPa范围内，因此推荐理论研究也在这个范围内。在研究中避免使用负压力值也很重要。此外，用于生成P-V数据序列的压力值可