关于CASTEP
castep_差分电荷密度
castep 差分电荷密度CASTEP是一种基于密度泛函理论的第一性原理计算软件，可以用于计算材料的电子结构和物理性质。
差分电荷密度是指电子在原子核周围的分布密度变化，是材料的电子结构和化学反应的重要指标之一。
在CASTEP中，可以通过计算差分电荷密度来研究材料的电子结构和化学反应。
回答如下：一、差分电荷密度的定义和意义差分电荷密度是指电子在原子核周围的分布密度变化，是材料的电子结构和化学反应的重要指标之一。
差分电荷密度可以反映化学键的极性、反应活性和电子云的分布等信息，对于研究材料的电子结构和化学反应具有重要意义。
二、CASTEP计算差分电荷密度的方法CASTEP可以通过计算差分电荷密度来研究材料的电子结构和化学反应。
CASTEP计算差分电荷密度的方法主要包括以下几个步骤：1.构建材料模型：首先需要构建材料的原子模型，包括原子种类、原子位置和晶格参数等信息。
2.计算材料的电子结构：利用CASTEP计算材料的电子结构，包括能带结构、密度分布和电子态密度等信息。
3.计算差分电荷密度：利用CASTEP计算差分电荷密度，可以通过设置参数来控制计算的精度和计算量。
4.分析差分电荷密度：利用分析工具对计算得到的差分电荷密度进行分析，可以得到材料的电子结构和化学反应的相关信息。
三、差分电荷密度的应用差分电荷密度在材料科学和化学领域有着广泛的应用。
例如，可以通过计算差分电荷密度来研究材料的电子结构和化学反应，预测材料的性质和反应活性。
此外，差分电荷密度还可以用于设计新型催化剂、研究生物分子的结构和功能等方面。
总结：差分电荷密度是指电子在原子核周围的分布密度变化，是材料的电子结构和化学反应的重要指标之一。
CASTEP可以通过计算差分电荷密度来研究材料的电子结构和化学反应。
差分电荷密度在材料科学和化学领域有着广泛的应用。
关于针对CASTEP收敛问题的参数调试总结
大家好：我根据自己在计算过程中遇到的收敛性的问题，做了一点关于CASTEP计算参数调试的总结。
当然，这些只是我的个人心得体会，大家如果觉得有什么问题请提出指正，或是如果有自己独到的见解，请跟帖加上来，供大家一起学习提高。
如果计算在Max. cycle全部用完之后仍然不能收敛，要先查看一下.castep文件，如果能量比刚开始计算时有明显下降，而且震动幅度也明显减小，只是还没有降到收敛标准以下，那说明Max. cycle还不够，要增加这个数值。
但多数情况下，我们会发现，能量并没有比刚开始计算时的能量有明显下降，而是围绕着某个平均值在反复地震荡，而且震动幅度也没有减小。
那说明是参数设定的问题，此时就算再怎么增加Max. cycle的数值，计算最终还是不会收敛的。
这个时候，最好是增加energy cutoff的数值，降低K point set的数值，增加smearing width数值（当然，如果通过调试前两个数值就可以使计算收敛的话，就最好不要动这个数值）。
再有，如果计算是使用的density mixing的话，那要将mix_charge_amp，mix_spin_amp的数值降低，将mix_energy_cutoff的数值增加到 energy cutoff 数值的3到4倍，增加mix_history_length的数值。
当然，如果调试上面的参数仍然发现收敛很辛苦的话，就将mixing scheme转成All Band/EDFT,这会解决收敛问题，但是计算时间将会是使用density mixing 计算所用时间的3倍以上。
1. 参数调试过于经验化，如果楼主能结合对程序原理的认识，或许能够把每个参数调节的意义给阐述的更为清晰些；从优化算法，体系特性，物理过程等方面着手来进行分析，或许可以得到更加全面的认识（如果楼主能够结合上述内容对CASTEP收敛进行详细的分析和总结的话，我会考虑接受楼主的文章，并且发表在小木虫计算与模拟研究RCS期刊上）。
CASTEP概述
选择Properties标签，可从中指定我们想要计算的属性。选中Band structure和Density of states。另外，我们也可以具体指明job control选项，例如实时更新等。
CASTEP概述
关于CASTAP
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。
加到指定的位置，其对话框如下：
在Add Atoms对话框中选择Options标签，确定Coordinate system为Fractional。如上所示。选择Atoms标签，在Element文
本框中键入Al，然后按下Add按钮。铝原子就添加到结构中了。
在Element文本框中键入As。在a, b, c文本框中键入0.25。按 Add按钮。关闭对话框。
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Build\Symmetry\Primitive Cell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。
CASTEP概述及一PPt详细教程5
提供了应力，应变的组成和弹性常数张量之间联系的所有信息。在 这一阶段，每一个弹性常数均有一个简洁的指数代表而不是由一对 ij指数代表。稍后会在文件夹中给出压缩符和常规的指数标定之间
文件的最后部分包含推出的属性:
Bulk modulus
= 362.11330 +/- 0.593 (GPa)
0.00276 (1/GPa)
Compressibility =
Axis Young Modulus Poisson Ratios (GPa) X 741.74894 Exy= 0.1586 Exz= 0.1586 Y Z 741.74894 741.74894 Eyx= 0.1586 Eyz= 0.1586 Ezx= 0.1586 Ezy= 0.1586 Mu = 447.5511
在下面的表格中给出了每一种应力组成的应力-应变线性适配关系: Stress Cij value of value of index index stress strain 1 1 -4.990578 -0.003000 1 1 1 1 1 1 1 1 -5.949042 -6.891618 -7.838597 -8.784959 -0.001800 -0.000600 0.000600 0.001800
castepcastep计算计算bnbn的计性常数的计性常数背景前可计用于大周期性系的密度功能理计理计可以使我计计计计计据和计计材料在本指南中我计计如何使用castep计算计性常和其他bn立方晶计化bn立方晶计算bn的计性常数计化bn立方晶在计算计性常之前管如此如果我计完成何计化包括用scf公差计finefft格子的fine在菜计计中计计filebnxsdbn具然后计计calculationcastepcalculation在setup计计中把taskgeometryoptimization把quality以得到castepelectronicoptionsderivedgrid的计置从standardcastepelectronicoptionsjobcontrol行castep工作的gateway按下castepcalculation计化之后此计的晶胞参数abc360556
castep简介
CASTEP（Cambridge Sequential Total Energy Package 的缩写）是Cerius2和Materials Studio的量子化学模块之一，Fortran90语言编写，用密度泛函理论模拟固体、界面和表面的特性，研究的材料包括陶瓷，半导体，金属，矿物，沸石，液晶等。
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荷密度和波函数的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。
适用于固体物理，材料科学，化学以及化工领域，可以节省实验成本，缩短开发周期。
CASTEP对英国学术用户是免费的。
功能1.任务类型：计算总能量、力和张量，包含或不包含内部/外部束缚的几何结构放松，NVE/NVT/Langevin分子动力学，过渡态搜索，弹性系数，用线性响应理论计算声子频率。
CASTAP有三种任务，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。
2. 功能：智能选择关键参量（基组，FFT网格，K-点，收敛阈值......），选择局域和非局域交换-相关泛函，整个周期表的超软和常规赝势，显示能带结构、局域和部分态密度，计算含频介电函数和光学特性。
3. 任务控制与重新开始计算：选择并行化数据分配方案（k，G或k+G），选择CPU数量，指定服务器，监视几何优化的能量和梯度，升级结构，杀死远程服务器的任务，重新开始SCF，MD和几何优化。
4. 特性：紫外/可见光谱，Mulliken布居和电荷分析，键级分析，显示电荷、自旋以及形变密度，显示体特性的3D轮廓图和2D截面图，计算静态弹性常数，声子散射，总态密度和态的投影声子密度，热动力学特性（生成热，自由能，焓，熵，Debye温度），材料缺陷的特性，显示能带，用3D形式显示体系的电荷密度和波函，宏观缺陷的特性（如断裂，晶粒边界）。
CASTEP模块计算表面上的吸附能
Z的坐标值应为1.39 Å，此既为原子层间的距离。 注意：一个fcc(110)体系，do 可通过下列公式得到： .
在弛豫表面之前，如果仅仅是只需要弛豫表面，我们必需要束 缚住内部Pd原子。
不包括最高层的Pd原子，按住SHIFT键选中所有的Pd原子。从菜 单栏中选中Modify | Constraints，勾选上Fix fractional position。关闭对话框。
注意， 此时表 面垂直 于z轴， 习惯。
在3D Viewer上单击右键，选择Display Style选项，选择 Line，则从结构图上可清楚看到O－ABC。记住相对方位，恢 复显示位Ball and Stick。
转动晶格，使z轴垂直于屏幕。打开Display Style 对话框，选择 Lattice 标签，将Display style 由 Default 改为 Original。关闭对话 框。
选择Properties标签，选中 Density of states。把k-point set改 为Gamma，勾选Calculate PDOS 选项。按下Run按钮。
出现如下对话框，选择No。
出现如下信息，表示CO优化成功。 查看OC的原子坐标，与实验值有差异。
从菜单栏中选择File | Save Project，然后在选中Window | Close All。我们可以进行下一步操作。 4．构造Pd(110)面 下面我们将要用到从Pd bulk中获得的Pd优化结构。 在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文档中打开Pd.xsd。
现 在 显 示 的 是 一 个 空 3D 模 型 文 档 。 我 们 可 以 使 用 Build Crystal工具来创建一个空晶格单元，然后在上面添加CO分子。
关于CASTEP
关于CASTEPCASTEP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， CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。
此外， CASTEP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。
Material Studio使用组件对话框中的CASTEP选项允许准备，启动，分析和监测CASTEP 服役工作。
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CASTEP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。
CASTEP的任务CASTEP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CASTEP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（Build Crystal)或构建真空板(Build Vacuum Stab)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： CASTEP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： CASTEP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Build\Symmetry\Primitive Cell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。
castep手册
CASTEP手册
CASTEP手册是关于CASTEP软件的使用指南，CASTEP是一款用于计算材料电子结构和物理性质的软件。
CASTEP手册通常包括以下内容：
1.概述：介绍CASTEP软件的功能和应用领域。
2.软件安装和配置：指导用户如何安装和配置CASTEP软件，包括对硬件和
软件环境的要求。
3.输入文件格式：介绍CASTEP软件所需的输入文件格式，包括晶胞参数、
原子坐标、电子密度等。
4.计算方法：介绍CASTEP软件中使用的计算方法和近似条件，例如密度泛
函理论、截断能、布里渊区采样等。
5.输出文件解读：指导用户如何解读CASTEP软件输出的结果文件，包括电
子结构、光学性质、力学性质等。
6.常见问题解答：提供用户在软件使用过程中可能遇到的问题及解决方案。
7.示例计算：提供一些示例计算，演示如何使用CASTEP软件进行计算。
8.用户社区和资源：介绍CASTEP用户社区和相关资源，包括论坛、博客、
教程等。
总之，CASTEP手册是一个重要的参考资料，可以帮助用户更好地理解和使用CASTEP软件，提高计算结果的准确性和可靠性。
(完整版)CASTEP软件的主要功能及原理
CASTEP软件的主要功能及原理半导体、非线性光学材料、金属氧化物、玻璃、陶瓷等固体材料，对电子工业、航空航天以及石化、化工等工业领域有着非常重要的战略意义。
对这些材料而言，其电子的结构与性质，以及表面和界面的性质与行为都非常重要。
半导体和其他固体材料的许多性能由电子性质决定，而电子性质又由原子结构决定，特别是缺陷在改变电子结构上的作用对半导体性质尤为重要。
分子模拟，特别是量子物理技术，可用来预测原子和电子结构及分析缺陷对材料性能的影响。
CASTEP能有效的研究存在点缺陷、空位、替代杂质、位错等的半导体和其它材料中的的性能。
CASTEP的量子力学方法，为深入了解固体材料的这些性质并进而设计新的材料，提供了强有力的工具。
1．CASTEP软件的主要功能基于密度泛函平面波赝势方法的 CASTEP 软件可以对许多体系包括象半导体、陶瓷、金属、矿石、沸石等进行第一原理量子力学计算。
典型的功能包括研究表面化学、带结构、态密度、和光学性质。
它也能够研究体系电荷密度的空间分布和体系波函数。
CASTEP 还可以用来计算晶体的弹性模量和相关的机械性能，如泊松系数等。
CASTEP中的过度态搜索工具提供了研究气相或者材料表面化学反应的技术。
总的来说，它可以实现：计算体系的总能；进行结构优化；执行动力学任务；在设置的温度和关联参数下，研究体系中原子的运动行为；计算周期体系的弹性常数；化学反应的过度态搜索等。
除此之外，计算一些晶体的性质，如能带结构、态密度、聚居数分析、声子色散关系、声子太密度、光学性质、应力等。
量子力学计算精确度高但计算密集。
直到最近，表征固体和表面所需的扩展体系的量子力学模拟对大多数研究者来说才切实可行。
然而，不断发展的计算机功能和算法的进步使这种计算越来越容易实现。
与许多该领域一流专家一起工作推动固体量子力学发展，通过提供可方便直接进入上述CASTEP 计算方法中。
2．CASTEP 软件的主要理论（1）密度泛函理论(DFT)CASTEP 的理论基础是电荷密度泛函理论在局域电荷密度近似(LDA)或是广义梯度近似(GGA)的版本。
castep 计算重叠布居数
castep 计算重叠布居数（最新版）目录1.计算重叠布居数的背景和意义2.Castep 的介绍和应用3.重叠布居数的计算方法和过程4.Castep 计算重叠布居数的优势和局限性5.结论正文1.计算重叠布居数的背景和意义重叠布居数（Overlap Population）是指在一个体系中，原子或分子的重叠态占据的能量区间。
在量子化学和凝聚态物理学等领域，重叠布居数的计算是一个重要的研究课题。
准确的重叠布居数计算有助于揭示原子或分子之间的相互作用，以及体系的性质和稳定性。
2.Castep 的介绍和应用Castep（Computational Atomistical Tomography withError-controlled Subspace Tailored for Electronic Properties）是一种计算重叠布居数的方法。
它基于密度泛函理论（DFT）和原子轨道tomography（ATOM）技术，通过引入误差控制的子空间，对体系的电子性质进行精确描述。
Castep 方法广泛应用于材料科学、催化、能源等领域，为研究者提供了一种可靠的计算手段。
3.重叠布居数的计算方法和过程Castep 计算重叠布居数的方法分为以下几个步骤：（1）构建体系的初始密度泛函模型，通过 DFT 计算得到基态电子密度；（2）基于基态电子密度，构建误差控制的子空间，以减少计算过程中的误差；（3）在子空间中，应用原子轨道 tomography（ATOM）技术，计算得到体系的精确电子密度；（4）根据精确电子密度，计算重叠布居数。
4.Castep 计算重叠布居数的优势和局限性Castep 方法在计算重叠布居数方面具有以下优势：（1）较高的计算精度，可以得到较为可靠的重叠布居数；（2）适用于不同体系，包括晶体、非晶体和分子体系；（3）计算效率较高，相较于其他方法，Castep 能够在较短的时间内得到结果。
然而，Castep 方法也存在一定的局限性：（1）对于某些体系，如高维体系，计算过程中的误差可能较大；（2）在计算过程中，需要选取合适的子空间尺寸，不同的尺寸可能导致结果的差异。
castep 介电常数
CASTEP 介电常数计算指南一、引言1.1 背景介电常数（Dielectric Constant）是物质在外加电场作用下极化程度的量度，是描述电介质材料性质的基本参数之一。
对于许多科学和工程应用，如电子设备、光学设备和超级电容器等，了解材料的介电性能至关重要。
本文将介绍如何使用CASTEP（Computer Simulation of Materials Property）软件包来计算材料的介电常数。
1.2 目的本文档旨在为使用CASTEP 软件包的研究人员提供一个详细的指南，以帮助他们计算材料的介电常数。
我们将介绍如何准备输入文件、运行模拟以及分析结果。
二、理论背景2.1 介电常数的定义介电常数是一个复数，通常表示为ε（epsilon），其实部称为电容率（Permittivity），虚部称为损耗角正切（Loss Tangent）。
介电常数描述了物质在外加电场作用下的极化程度，即单位电场下的电位移矢量（D）与单位电荷量（Q）之比。
2.2 计算方法CASTEP 软件包提供了多种计算介电常数的方法，包括密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）、赝势方法（Pseudopotential Method）和超软赝势方法（Ultrasoft Pseudopotential Method）等。
这些方法可以用于计算不同类型材料（如金属、半导体和绝缘体）的介电常数。
三、使用CASTEP 计算介电常数的步骤3.1 准备输入文件在使用CASTEP 计算介电常数之前，首先需要准备一个输入文件，该文件包含了描述材料结构、晶格参数、原子类型和初始能量等信息。
输入文件可以使用CASTEP 自带的模板文件，也可以根据需要进行修改。
3.2 选择计算方法和赝势根据所研究的材料类型和性质，选择合适的计算方法和赝势。
例如，对于半导体材料，可以选择密度泛函理论方法和超软赝势；对于金属和绝缘体材料，可以选择赝势方法和超软赝势方法。
CASTEP计算理论总结+实例分析
CASTEP 计算理论总结XBAPRSCASTEP 特点是适合于计算周期性结构，对于非周期性结构一般要将特定的部分作为周期性结构，建立单位晶胞后方可进行计算。
CASTEP 计算步骤可以概括为三步：首先建立周期性的目标物质的晶体；其次对建立的结构进行优化，这包括体系电子能量的最小化和几何结构稳定化。
最后是计算要求的性质，如电子密度分布(Electron density distribution)，能带结构(Band structure)、状态密度分布(Densityof states)、声子能谱(Phonon spectrum)、声子状态密度分布(DOS of phonon)，轨道群分布(Orbitalpopulations)以及光学性质(Optical properties)等。
本文主要将就各个步骤中的计算原理进行阐述，并结合作者对计算实践经验，在文章最后给出了几个计算事例，以备参考。
CASTEP 计算总体上是基于DFT ，但实现运算具体理论有：离子实与价电子之间相互作用采用赝势来表示；超晶胞的周期性边界条件；平面波基组描述体系电子波函数；广泛采用快速fast Fourier transform (FFT) 对体系哈密顿量进行数值化计算；体系电子自恰能量最小化采用迭带计算的方式；采用最普遍使用的交换-相关泛函实现DFT 的计算，泛函含概了精确形式和屏蔽形式。
一， CASTEP 中周期性结构计算优点与MS 中其他计算包不同，非周期性结构在CASTEP 中不能进行计算。
将晶面或非周期性结构置于一个有限长度空间方盒中，按照周期性结构来处理，周期性空间方盒形状没有限制。
之所以采用周期性结构原因在于：依据Bloch 定理，周期性结构中每个电子波函数可以表示为一个波函数与晶体周期部分乘积的形式。
他们可以用以晶体倒易点阵矢量为波矢一系列分离平面波函数来展开。
这样每个电子波函数就是平面波和，但最主要的是可以极大简化Kohn-Sham 方程。
castep 介电常数 -回复
castep 介电常数-回复什么是介电常数？介电常数，也被称为相对介电常数，是指一个物质在外加电场下相对于真空或空气的电介质性能。
实际上，介电常数是描述电介质对电场的响应能力的物理量。
它是电介质中电场强度与产生的极化电荷之间的比值。
介电常数可以用来描述材料在电场中的极化程度和导电性质，也可以用来计算电磁波在材料中传播的速度。
对于电磁波来说，其传播速度与材料的介电常数成正比。
介电常数的类型：在电磁学中，介电常数根据材料的响应方式可以分为两种类型。
1. 静电介电常数：静电介电常数也被称为低频介电常数。
它指的是材料在低频电场中的极化能力。
这种介电常数是指电场频率接近零时的介电常数。
2. 动电介电常数：动电介电常数也被称为高频介电常数。
它指的是材料在高频电场中的极化能力。
这种介电常数是指电场频率非常高时的介电常数。
介电常数的计算：介电常数可以通过实验测量得到，也可以通过理论计算得到。
对于实验测量，常用的方法是将待测材料制成样品，然后将样品放置在电容器中，测量材料在不同电场下的电容，并通过公式计算出相对介电常数。
对于理论计算，常用的方法是量子化学计算或者分子动力学模拟。
这些方法可以预测材料的极化能力，并计算出介电常数。
应用：介电常数在材料科学和电子工程中有着广泛的应用。
它可以用于材料的选择，例如在电容器中，目标是寻找具有高介电常数的材料，以增加电容器的存储能力。
此外，在电磁波传播的研究中，介电常数也被用于计算传输速度，用于无线通信技术和光伏能源领域。
总结：介电常数是研究电介质特性的重要物理量。
它是材料对电场的响应能力的定量描述，可以用来描述材料的极化能力、导电性质以及电磁波传播速度等特性。
介电常数的计算方法有实验测量和理论计算两种。
在材料科学和电子工程领域，介电常数有着广泛的应用。
castep 计算重叠布居数
castep 计算重叠布居数
CASTEP是一种用于计算重叠布居数的计算方法。
它是一种基于第一性原理的方法，被广泛用于研究材料的电子结构和相关性质。
重叠
布居数是一个描述电子在能带中分布的参数，它反映了材料中电子的
占据情况。
通过计算重叠布居数，可以了解材料中的电荷转移、载流
子输运以及诸如能带弯曲和能隙的开闭等性质。
CASTEP的计算原理非常复杂，它使用密度泛函理论和平面波基组来描述材料的电子结构。
基于哈密顿量和波函数的时间反演对称性，CASTEP可以通过求解克莱因-高登方程得到电子的能级和波函数。
进而，通过对波函数的积分，可以得到不同位置处的重叠布居数。
在CASTEP中，计算重叠布居数需要先进行材料的结构优化和能
带计算，得到能带结构和波函数。
然后，根据布居数的定义和相关算式，可以得到不同能级和空间位置的重叠布居数。
这些数据可以提供
给研究者深入理解材料的电子行为和性质，进而指导材料的设计和应用。
总之，CASTEP是一种用于计算重叠布居数的先进方法，它可以帮助研究者深入了解材料的电子结构和性质。
该方法的应用广泛，并在
材料科学领域做出了重要贡献。
CASTEP计算理论总结+实例分析
CASTEP 计算理论总结XBAPRSCASTEP 特点就是适合于计算周期性结构,对于非周期性结构一般要将特定的部分作为周期性结构,建立单位晶胞后方可进行计算。
CASTEP 计算步骤可以概括为三步:首先建立周期性的目标物质的晶体;其次对建立的结构进行优化,这包括体系电子能量的最小化与几何结构稳定化。
最后就是计算要求的性质,如电子密度分布(Electron density distribution),能带结构(Band structure)、状态密度分布(Density of states)、声子能谱(Phonon spectrum)、声子状态密度分布(DOS of phonon),轨道群分布(Orbital populations)以及光学性质(Optical properties)等。
本文主要将就各个步骤中的计算原理进行阐述,并结合作者对计算实践经验,在文章最后给出了几个计算事例,以备参考。
CASTEP 计算总体上就是基于DFT,但实现运算具体理论有:离子实与价电子之间相互作用采用赝势来表示;超晶胞的周期性边界条件;平面波基组描述体系电子波函数;广泛采用快速fast Fourier transform (FFT) 对体系哈密顿量进行数值化计算;体系电子自恰能量最小化采用迭带计算的方式;采用最普遍使用的交换-相关泛函实现DFT 的计算,泛函含概了精确形式与屏蔽形式。
一， CASTEP 中周期性结构计算优点与MS 中其她计算包不同,非周期性结构在CASTEP 中不能进行计算。
将晶面或非周期性结构置于一个有限长度空间方盒中,按照周期性结构来处理,周期性空间方盒形状没有限制。
之所以采用周期性结构原因在于:依据Bloch 定理,周期性结构中每个电子波函数可以表示为一个波函数与晶体周期部分乘积的形式。
她们可以用以晶体倒易点阵矢量为波矢一系列分离平面波函数来展开。
这样每个电子波函数就就是平面波与,但最主要的就是可以极大简化Kohn-Sham 方程。
castep差分电荷密度颜色
CASTEP是一个高度可扩展的软件包，用于第一性原理计算材料的性质和行为。
它使用平面波和赝势方法作为解决方案，用于求解周期性结构中的电子结构问题。
在CASTEP中，差分电荷密度颜色是一个重要的功能，它可以用来可视化材料的电荷分布。
通过对电荷密度的差分进行着色，可以清晰地展现材料的电荷分布情况，有助于研究者们更深入地理解材料的电子结构和性质。
如何在CASTEP中使用差分电荷密度颜色呢？下面将分步骤介绍：1. 准备工作在使用CASTEP进行差分电荷密度颜色计算前，首先需要准备好计算所需的输入文件和参数设置。
这包括确定要研究的材料的结构和组成，选择合适的计算方法和赝势，以及设置计算的精度和收敛标准。
2. 进行计算在准备工作完成后，可以使用CASTEP进行差分电荷密度颜色的计算。
这通常涉及到对材料的电荷密度进行三维网格化并进行差分计算，得到电荷密度的变化值。
可以根据这些变化值，对不同区域的电荷密度进行着色，以可视化显示材料的电荷分布情况。
3. 分析结果得到差分电荷密度颜色的结果后，需要对其进行分析和解释。
通过对着色结果的观察和比较，可以得到关于材料电子结构和性质的重要信息，例如电子的局域化和迁移情况，以及材料的电子云和化学键特征等。
这些信息对于研究者们来说是非常有价值的，可以帮助他们更深入地理解材料的性质和行为。
CASTEP差分电荷密度颜色是一个强大的工具，可以帮助研究者们更好地理解材料的电子结构和性质。
通过对其使用步骤的了解和应用，可以为材料科学和工程领域的研究工作提供重要的帮助和支持。
4. 应用领域差分电荷密度颜色在材料科学和工程领域具有广泛的应用。
在催化剂设计中，差分电荷密度颜色可以帮助研究者们确定催化剂表面上的电子分布情况，从而优化催化剂的设计和性能。
差分电荷密度颜色还可以用于材料的电子结构表征，有助于在能源存储和转换领域中设计新型电池材料和光电材料。
在半导体器件领域，差分电荷密度颜色也有着重要的应用，可以帮助工程师们理解器件中的电子输运和电荷分布情况，从而改进器件的性能和稳定性。
Castep的基本原理和参数设置
NB est. 0K energy (E-0.5TS)
= -703.3442797001
eV
初始的情况
采用Smearing后
初始的情况
采用Smearing后
CASTEP的参数设置 ELECTRONIC------MORE
Basis ——基组的相关参数设置 SCF ——自洽计算的相关参数设置 k-points 设定k-mesh的大小 Potential ——选择赝势
The DIIS method assumes that a good approximation to the final solution pf can be obtained as a linear combination of the previous guess vectors
where m is the number of previous vectors (in practice, only the most recent few vectors are used). The coefficients ci are obtained by requiring that the associated residual vector
CASTEP的参数设置 PROPERTIES
• Core level spectroscopy ——On the fly generated Pseudopotential
CASTEP的参数设置 JOB CONTROL
有效的控制计算时间
CASTEP的参数设置 ELECTRONIC------MORE
Basis ——基组的相关参数设置 SCF ——自洽计算的相关参数设置 k-points Potential ——选择赝势 *.usp, *p, *.uspcc, *pcc *.recpot *.otfg
CASTEP简单计算 演示文稿 (2)
CASTEP
声子与弹性常数的简单计算
声子的计算
下面的理论计算主要包含以下内容： 1.优化锗单胞的结构 2. 计算声子散射和能态密度 3. 显示声子散射和能态密度
1. 优化锗单胞的结构
新建 class1031文 件夹，在其 中建立名为 Ge的Project。
首先我们要导入锗的结构，它包含在Materials Studio所提供的结 构库中。
在菜单栏中选择File | Import。遵循下列路径structures/metals/pure metals选中Ge.xsd。
选 中 Electronic 标 签 ， 把 Energy cutoff 设 置 为 Ultra-fine ， 把 SCF tolerance设置为 Ultra-fine，把kpoint set 设 置 为 Coarse 以 及 把 Pseudo-potentials 设 置 为 Normconserving。
在 CASTEP Calculation 对 话 框 中 ， 选 择 Properties 标 签 。 选 择Phonons。再选择Both，要求 计 算 Density of states 和 dispersion。
单击 More... 按钮， 显示 CASTEP Phonon Properties Setup 对话框。 确定下列选择已完成 * Method 为 Linear response * Use interpolation 已勾选 * q-vector grid spacing for interpolation ＝ 0.05 1/Å. 设置 Dispersion 和 Density of states 的计算精度为 Fine。 关闭对话框。
Castep软件基础理论知识
Castep 软件中的理论知识
下面的主题提供了 Castep 软件相关理论的具体细节。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ ⑭ ⑮ 密度泛函理论(DFT)概述。 Castep 软件中的密度泛函理论。 赝势。 平面波基组。 布里渊区采样。 自洽的电子的求最小值。 几何优化。 动力学。 Mulliken 布居分析。 态密度和部分态密度。 光学性质。 弹性模量常数。 热动力学计算。 线性响应。 声子。
-6
西安交大 周朝晖
H
(r i )H eff (r i ) (r i ) w(r i )
i
分别在 DMol3 和 CASTEP 的一些章节中，可以获得计算这个积分的数值积分过 程的其他信息。
周期边界条件
到目前为止，讨论对于可以用密度范函理论(DFT)研究的系统类型完全是一般性 的。分子，团簇或周期固体可以在上面的形式中获得平等的处理。在这一节中， 我们转向研究一些具体应用到无限周期系统的问题。在下面这一节中，我们假设 系统在三维空间中是周期性的。 周期基函数
xc 是交换相关势，来自对 Exc 的微分。对于局域自旋密度近似，交换相关势
xc 是：
Eq.DFT-11
西安交大 周朝晖
xc
( xc )
利用 Eq.DFT-10 的本征值得到总能表达式的新形式： Eq.DFT-12
V (r1 ) Et i (r1 )[ xc ( ) xc ( ) e ] VNN 2 i
利用基函数展开分子轨道的便利 事实上，用原子轨道(AOs)来展开分子轨道(MOs)是方便的: Eq.DFT-13
i Ci
原子轨道(AOs) 被称为原子的基函数， Ci 为分子轨道(MOs)的展开系数。基 组的选择有几种可能性，包括 Gaussian functions( Andzelm et al., 1989), Slater functions( Versluis and Ziegler, 1988), plane waves( Ashcroft and Mermin, 1976; Payne et al., 1992) and numerical orbitals. 在 Accelrys 公司最新的产品中，plane waves 被用在 CASTEP 中，numerical orbitals 被用 在 DMol3 中。 和分子轨道(MOs)不同，原子轨道(AOs)是不正交的。(用原子轨道展开分子轨道 的方法可以得到 Eq.DFT-10 的新形式): Eq.DFT-14
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关于CASTEPCASTEP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， CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。
此外， CASTEP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。
Material Studio使用组件对话框中的CASTEP选项允许准备，启动，分析和监测CASTEP 服役工作。
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CASTEP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。
CASTEP的任务CASTEP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CASTEP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（Build Crystal)或构建真空板(Build Vacuum Stab)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： CASTEP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： CASTEP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Build\Symmetry\Primitive Cell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CASTEP作业。
* 结果分析：计算完成后，相关于CASTEP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。
CASTEP中选择一项任务1 从模块面板（Module Explorer)选择CASTEP\Calculation。
2 选择设置表。
3 从任务列表中选择所要求的任务。
CASTEP能量任务CASTEP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原子上的力；也能创建电荷密度文件；利用材料观测仪（Material Visualizer)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CASTEP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（Geometry Optimization)任务可获得状态方程。
CASTEP中能量的缺损单位是电子伏特(eV)，各种能量单位的换算关系见Mohr.P.J(2000).1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=96.4853 kJ/moleCASTEP几何优化任务CASTEP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。
CASTEP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应力张量直到与所施加的外部应力相等。
几何优化处理产生的模型结构与真实结构紧密相似。
利用CASTEP计算的晶格参数精度列于右图。
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与外部静压力的关系。
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-Murnaghan 方程：P-V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能是不均匀的，在低压力范围要求更精确采样以便获得体模量精确值。
几何优化方法在默认条件下，CASTEP使用BFGS几何优化方法。
该方法通常提供了寻找最低能量结构的最快途径，这是支持CASTEP单胞优化的唯一模式。
衰减分子动力学（Damped molecular dynamics）方法是另一种可以选择的方法，该方法对具有平滑势能表面的体系如分子晶体或表面分子与BFGS同样有效。
CASTEP动力学任务CASTEP动力学任务允许模拟结构中原子在计算力的影响下将如何移动。
在进行CASTEP动力学计算以前，可以选择热力学系综和相应参数，定义模拟时间和模拟温度。
——选择热力学系综对牛顿运动定律积分允许探索体系恒值能量表面（NVE动力学）。
然而，在体系与环境进行热交换条件下发生最本质的现象。
使用NVT系综（或者是确定性的Nosé系综或者是随机性的Langevin 系综）可模拟该条件。
定义时间步长（timestep ）在积分算法中重要参数是时间步长。
为更好利用计算时间，应使用大的时间步长。
然而，如果时间步长过大，则可导致积分过程的不稳定和不精确。
典型地，这表示为运动常数的系统偏差。
注意：量子力学分子动力学计算要求比力场动力学使用更小的时间步长。
——动力学过程的约束CASTEP支持Langevin NVT或NVE动力学过程的线性约束。
然而，借助Material Studio界面可以近似使用以下两种更基本的约束：质心固定，单个原子固定。
使用seedname.cell文档可以利用更复杂的约束。
CASTEP性质任务CASTEP性质任务允许在完成能量，几何优化或动力学运行之后求出电子和结构性质。
可以产生的性质如下：* 态密度（DOS）：利用原始模拟中产生的电荷密度和势能，非自恰计算价带和导带的精细Monkhorst-Pack 网格上的电子本征值。
* 带结构：利用原始模拟中产生的电荷密度和势能，非自恰计算价带和导带的布里渊区高对称性方向电子本征值。
* 光学性质：计算电子能带间转变的矩阵元素。
CASTEP分析对话可用于生成包含可以测得的光学性质的网格和图形文件。
* 布局数分析：进行Mulliken 分析。
计算决定原子电荷的键总数和角动量（以及自旋极化计算所需的磁矩）。
任旋地，可产生态密度微分计算所要求的分量。
* 应力：计算应力张量，并写入seedname.castep文档。
如果要进行单胞参数固定时进行几何优化运行和要检查点阵偏离平衡的程度，这些信息是有用的。
例如，可进行符合于给定体系理论基态的固定单胞的点缺陷的超晶胞研究。
几何优化后的应力值显示了与超单胞近似相关联的弹性效应。
注意：为计算某种性质，从适当模拟得到的结果文档必须以当前的文件夹形式出现。
说明：分析工具可以用来显示态密度(DOS)和能带结构。
能带结构图显示了布里渊区内沿着高对称方向电子能量对k矢的依赖性。
这些图提供了一个对材料的电子结构进行定性分析的非常有用的工具。
譬如，与近自由的s 、p 电子构成的能带相比，很容易鉴别出d、f电子构成的窄带。
DOS 和PDOS 图给出了材料的电子结构的一个快速定性图像，有时候它们可以直接和实验光谱结果相关联。
CASTEP的主要输出结果文件AlAs.castep 包含了有限的能带结构和DOS 信息，更多的详细信息包含在AlAs_BandStr.castep 文件内。
打开Analysis 对话框，选上Band structure。
从这个对话框可以看出，可以把能带结构和态密度信息显示在同一个图中。
在DOS 部分，选上Show DOS，单击View，出现的图包含了带结构和DOS两种信息。
当然，可以分别显示能带结构和态密度。
可以按图片、数据格式输出图文件，数据可由Excel等软件读取。
还可以借助CASTEP 来计算很多其他性质，比如反射率和介电函数等等。
DFT计算带隙Eg，数值偏小。
比较下图可知，计算精度高，Eg大。
这个误差值是赝势平面波方法与实验结果比较的期望误差。
使用GGA函数，晶格常数的计算值偏大；使用LDA函数，晶格常数的计算值偏小；。