中科大 Materials Studio 培训教程5
中科大MaterialsStudio培训教学课件

Sketch Atom 按钮 可以画任意元素的原子,默认画碳原子。下面要将双碳 原子侧链接到环上。
在绘图工具栏(Sketch toolbar) 上单击Sketch Atom 按钮 ,松开,然后鼠 标移动到环的3D文档中,这时鼠标看起来象一只“铅笔”。将“铅笔”移到环的一 个碳原子上,这个碳原子变蓝。左键单击此碳原子,将键连接到该原子上。移动“ 铅笔”并在3D的合适位置单击左键,设置另一个碳原子。键自动加在此碳原子与环 之间。将“铅笔”移到另一位置,双击左键,又画出一个碳原子。这样就作出了连 到碳环上的一个双碳原子链。
选择相应的对象单击
* 在TON 结构上单击选中的原子此原子颜色改变,说明被选中
* 单击一个键此键的颜色改变,说明被选中
键被
选中
原子被选中
* 按住鼠标左键沿斜线托拽,可以选择一定区域内的所有对象,包括原子和键
此区域的 原子和键 都被选中
* 在结构中的某个原子或键上双击鼠标可以选择整个结构 * 在3D Viewer 上无TON 结构的地方单击或双击鼠标则取消对象的选择。 * 需要将结构保存为project的一部分时,单击3D Viewer 的 ,再按 Yes 按钮。 * File / Save Project ,Windows / Close All
To monitor and adjust distances
下面建造苯甲酰胺结构:
1. 生成新的3D文档 在菜单上选择File / New并且选择3D Atomistic 后单击OK此时文件名称出现在左
侧的Project Explorer 中,名称为3D Atomistic.xsd,在其上单击鼠标右键,选择 Rename ,将名称改为my-benzamide。
MaterialsStudio5安装和使用教学

Materials Studio 5.0 安裝OS:Sles10sp1 x64Materials Studio 5.0安裝說明可參考安裝光碟內的README_Materials_Studio 及Info目錄內的文件.安裝前準備:1.請先將基本的cluster環境建置完成2.掛載安裝光碟至/mnt3.新建一新帳號”msi”,使用該帳號安裝Materials Studio 5.04.安裝目錄為/opt/app/MS_5.0開始安裝:1.請先手動安裝HPMPI (請選擇適合的版本)/mnt/UNIX/Linux/hpmpi/ hpmpi- (x86)/mnt/UNIX/Linux_IA64/hpmpi/ hpmpi- (IA64)/mnt/UNIX/Linux_x86_64/hpmpi/ hpmpi- (x64)rpm -ivh /mnt/UNIX/Linux_x86_64/hpmpi/hpmpi-將會安裝HPMPI於/opt/hpmpi若cluster 有將/opt分享出去,則只須安裝於cluster 上。
若否,請每台節點安裝。
2.安裝Materials Studio 5.0*使用一般user權限安裝,不建議使用root權限安裝使用msi 權限安裝,並將MS 5.0安裝於/opt/app/MS_5.0 的家目錄下$cd /mnt/UNIX$./Install --type cluster (Installing Materials Studio on a Linux cluster)1. Please specify an absolute destination path[/home/paul/Accelrys/MaterialsStudio43] /opt/app/MS_5.02. 29. Everything (選29 完全安裝)會依序安裝1.Accelrys License Pack2.Accelrys Materials Studio 4.31.Accelrys License PackDestination Directory [/home/paul/Accelrys] /opt/app/MS_5.0安裝完會檢測系統是否有安裝HPMPIChecking for dependencies for SharedSetup:4Checking for dependencies for IntelRuntime: None Checking for dependencies for HPMPI:1Do HP-MPI Installation -- MesoDyn server selected.Should HPMPI use SSH? [Y/n]:選Yaffect performance [/tmp] :按Enter不變更If you would like the Gateway at /opt/app/MS_5.0/etcto be started automatically when the system is restartedyou will need to get your administrator to place a copy of/opt/app/MS_5.0/etc/Gateway/msgateway_control_18888 in /etc/rc.d/init.d/msgateway_control_18888and run:/sbin/chkconfig --add msgateway_control_18888Would you like to start the Gateway service now? [Y/n]:選Y1) Enter temporary license password2) Set connection to license server3) List command line license administration tools99) Finished with license configurationChoose one of the above options:選99我是使用試用版的license,稍後再設定.安裝完成將license file放到/opt/app/MS_5.0/LicensePack/Licenses/root:#cp/home/paul/Accelrys/MaterialsStudio43/etc/Gateway/msgateway_control_18888 /etc/init.d/#insserv msgateway_control_18888 on#/etc/init.d/msgateway_control_18888 start此時便可瀏覽器連到Gate way server使用瀏覽器連到Gateway介面作修改Gateway Data ->edit (預設密碼為gatekeeper)1.cpucorestotal 數量設為所有計算節點的cpu數量加總save 儲存設定vi /opt/app/MS_5.0/share/data/machines.LINUX為mpirun的machinefile請修改為"可用節點:CPU數"cn1:8cn2:8設定可用的queuecd /opt/app/MS_5.0/etc/Gateway/root_default/dsd/commands/queues/Torque vi qstat.outorqstat -Qf >qstat.out (將系統可用的queue name都加入)Windows client完全安裝,但不安裝license,不啟動Gateway功能。
MaterialsStudio培训教程

None
PPT文档演模板
Dashed line
Line
Stick
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Lighting
在TON.xsd 的 3D Viewer 上单 击右键,选择 Lighting 选项,该选 项将指定加光情况。在此选项卡内 可以设定三个光源,并改变光源的 照射位置(照射位置用箭头显示)。
msi ?
PPT文档演模板
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2.调整显示方式 在 3D Viewer 上按右键,出右键菜单,选 Display Style ,Display Style 对话
框中的各选项的意义如下:
Atom 栏: Display Style: Line:线状模型。 Stick:棍状模型。 Ball and stick:球棍模型。 CPK:球堆砌模型。 Polyhedron:多面体堆积模型(晶体)。
Materials Studio 使用了多种类型的文件,如3D Atomistic and Mesoscale、 text、chart、 HTML、 study table、grid、script、 和 forcefield documents。在 后面进行计算时,这些文件将逐个显示在projects中,反映了计算的过程。 现在 的教学中, 主要出现的是 3D Atomistic 类型的文件。
3. 改变3D结构的视图
可以使用3D Viewer 工具栏上的工具来改变3D 视图。
3D Viewer工具栏
通过选择相应的工具并在3D 结构上拖动来改变结构视图。
Rotate:旋转结构视图。使用三键鼠标,右键是旋转操作。 Zoom:向上或者右侧拖动可以增大所选结构的视图;向下或者向左侧拖动会缩小所 选结构的视图。使用三键鼠标,也可用鼠标上的滚轮进行3D结构的放大、缩小。 Translation:将结构沿着不同的方向平移。 对于三键鼠标来说,左键执行所选操作,右键则是旋转操作,同时按下左健和右键 则会完成缩放操作。此外还可以将键盘和鼠标联用来完成上述操作。
中科大MaterialsStudio培训教程包你学会!请将这一系列全看完一定有收获40页PPT

谢谢!
36、自己的鞋子,自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢,但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何,且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
பைடு நூலகம்
40、学而不思则罔,思而不学则殆。——孔子
中科大MaterialsStudio培 训教程包你学会!请将这一
系列全看完一定有收获
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一, 也是成 功的利 器之一 。没有 它,天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ,徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿.丘吉 尔。 30、我奋斗,所以我快乐。--格林斯 潘。
中科大-Materials-Studio-培训教程-5(包你学会)请将这一系列全看完-一定有收获。精讲

从“开始” 或快捷图 标打 开MS。
找到class3, 按“打开”按 钮
输入AlAs,这将是 新的Project的名字。
在 Project Explorer中,右击根目录AlAs,选择New | 3D Atomistic Document。
1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=96.4853 kJ/mole
CASTAP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 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
引言 本指南介绍了CASTEP是如何使用量子力学方法来确定材料的晶体结构,使用者
将学会如何构建晶体结构,设定一个CASTEP几何优化任务,然后分析计算结果。
内容 1. 构建AlAs的晶体结构 2. 设置并进行CASTEP计算 3. 分析结果 4. 比较计算的结构参数和实验数据
(1)图示电荷密度 (2)图示态密度和带结构
CASTAP动力学任务
CASTAP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CASTAP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。
Materials Studio 培训教程

Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能,在这一部分,你将学到:1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体:尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。
Materials-Studio培训学习教程资料

Materials-Studio培训学习教程资料MaterialsStudio 培训学习教程资料在当今科技迅速发展的时代,材料科学的研究和应用变得越来越重要。
而 MaterialsStudio 作为一款功能强大的材料模拟软件,为科研人员和工程师提供了有力的工具。
对于想要深入学习和掌握这款软件的人来说,一套系统全面的培训学习教程资料是必不可少的。
首先,我们来了解一下 MaterialsStudio 软件的基本情况。
它涵盖了众多的模块,能够对材料的结构、性能、热力学等方面进行精确的模拟和分析。
无论是在化学、物理、材料科学还是工程领域,都有着广泛的应用。
那么,一份好的 MaterialsStudio 培训学习教程资料应该包含哪些内容呢?基础知识部分是重中之重。
这包括软件的安装与配置,让学习者能够顺利地在自己的电脑上搭建起学习和工作的环境。
同时,要详细介绍软件的界面和操作流程,让初学者能够快速熟悉各个功能区域和操作按钮。
对于材料结构的建模,教程资料应当有清晰的步骤和示例。
从简单的晶体结构构建,到复杂的分子体系建模,都要逐步引导学习者掌握。
并且,要讲解如何优化模型结构,以获得更准确的计算结果。
在性能计算方面,要涵盖诸如能带结构、态密度、光学性质等重要内容。
通过实际案例,演示如何设置计算参数,解读计算结果,并分析材料的性能特点。
热力学性质的计算也是不可忽视的一部分。
比如,相图的绘制、热膨胀系数的计算等,这些内容对于研究材料的稳定性和相变过程具有重要意义。
除了理论知识和操作方法,实际案例的分析也是教程资料的关键组成部分。
通过实际的科研项目或工程应用案例,让学习者能够看到MaterialsStudio 在解决实际问题中的强大能力。
同时,也能帮助他们更好地理解和运用所学的知识。
为了让学习者更好地掌握所学内容,教程资料还应当配备相应的练习和作业。
这些练习可以是针对某个具体知识点的小题目,也可以是综合性的项目,让学习者在实践中巩固和提高。
_Materials_Studio_培训教程共78页

1. 输入一个结构
File / Import,打开输入文件对话框
(注意,此对话框也可用工具栏上的输入按钮
打开)。
选择 Examples / Documents / 3D Model / TON.msi,单击 Import 按钮。
在d盘上建文件夹class 1: d:\class 1
一. 生成一个Project 目的: 介绍Materials Studio 中 project 概念 模块: Materials Visualizer
1. 建立一个新文件夹D:\ MS teach \ class1 2. 运行 Materials Studio,生成名称为My quickstart 的Project
在桌面双击快捷方式
或从运行菜单中运行:所有程序\ Accelrys Materials Studio 4.4 \ Materials Studio
选择此文件夹存放数据
这样就产生了新的 Materials Studio project,开始了Materials Studio 运行
写入My quickstart
3. 在此可改变模块和 图示工具的设置值。 初学者慎用。
在layer builder中试 试。
二. 打开并且观察3D 文档 目的: 介绍Materials Studio 中文档 documents 的概念 模块: Materials Visualizer 前提: 已生成一个Project
Materials Studio 使用了多种类型的文件,如3D Atomistic and Mesoscale、 text、chart、 HTML、 study table、grid、script、 和 forcefield documents。在 后面进行计算时,这些文件将逐个显示在projects中,反映了计算的过程。 现在 的教学中, 主要出现的是 3D Atomistic 类型的文件。
Materials-Studio-培训教程

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。
CASTAP中能量的默认单位是电子伏特(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/mole
CASTAP动力学任务
CASTAP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CASTAP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。
CASTAP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(Buum 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: 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。
从菜单栏里选择Build / Crystals / Build Crystal。 Build Crystal 对话框显示出来。
杨碚芳课
点击Enter group 输入216,按下 TAB 按钮(或在Enter group中选择 F-43m),空间群信息更新为F-43m 空间群。空间群信息框中的信息也 随着F-43m空间群的信息而发生变 化 。
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前面的添加原子操作也可用下面图标来实现。这里 不再重复。
单击此图标,出 现添加原子Add Atoms 对话框。 选择原子名称, 输入分数坐标, 按Add,则原子 添加到晶体结构 图中。重复操作, 直到添加完晶胞 中的所有原子。 关闭Add Atoms 框。
* 从上面的AlAs晶体结构看出,近邻晶胞中的原子也显示出来。这种
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 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
用第一原理预测AlAs的晶格参数
目的: 介绍CASTEP中的结构优化, 使用立体可视化工具显示等值面 模块: Materials Visualizer, CASTEP 前提: 使用晶体建模工具
背景 密度泛函理论 (DFT)在周期性大尺度材料上应用的进展,对材料设计和加工
越来越重要。该理论使得研究者能对实验数据进行解释;并从未知晶体的结构性 质、结合能和表面分子的活动性确定材料的本征性质。这些理论工具可用于指导 新材料的设计,帮助研究者了解内在的化学和物理过程。
* 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。
Materials Studio 培训教程

Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能,在这一部分,你将学到:1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体:尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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
CASTAP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。
选择Lattice Parameters 标签, 把a值从10.00 变为5.662。点 击Build 按钮。
一个没有原子的3D 格子显示在3D Atomistic 文件里。
AsAl?
单击此图标, 然后可旋转 晶格,显示 其立体结构。
输入几个原子? Al的分数坐标:(0 0 0) (1/2 1/2 0) (1/2 0 1/2) (0 1/2 1/2) As的分数坐标:(3/4 3/4 3/4) (1/4 1/4 3/4) (1/4 3/4 1/4) (3/4 1/4 1/4) Atom # OX SITE x Al 1 +3 4 a 0 As 2 -3 4 c 0.25 *end for y 0 0.25 z 0 0.25 SOF H 1. 0 1. 0 ICSD #67784
CASTAP性质任务
CASTAP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。CASTAP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。
CASTAP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 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
资料:/~hly
* 显示扩展名
* 不支持中文目录
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 性原理量子力学计算,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。
提示: CASTAP计算所需时间随原子数平方的增加而增加。因此,建 议用最小的原胞来描述体系,可使用Build\Symmetry\Primitive Cell菜单选项来转换成原胞。
* 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。 * 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(Module Explorer)选择CASTAP\Calculation。 2 选择设置表。 3 从任务列表中选择所要求的任务。
CASTAP动力学任务
CASTAP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CASTAP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。
(1/4 3/4 1/4)
(3/4 3/4 3/4)
(1/2 1/2 0) (3/4 1/4 1/4)
(0 1/2 1/2) (1/4 1/4 3/4) (0 0 0) (1/2 0 1/2)
As:
(3/4 3/4 3/4)= (1/4 1/4 1/4)
构建一个晶体结构,需要知道该晶体的空间群、晶格参数和晶体的内坐 标。对AlAs 来说,空间群是F-43m,空间群代号为216。原胞有两个原子, Al 和As 的分数坐标分别为(0, 0, 0)和(0.25, 0.25, 0.25),晶格参数为 5.6622 Å.。 第一步是建立晶格。 在D disk上建立英文目录D:\class3。按下面步骤,在Project Explorer 内,建立AlAs根目录。
Material Studio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。
几何优化方法 在默认条件下,CASTAP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CASTAP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。
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。
用第一原理预测AlAs的晶格参数
计算材料学主要内容:
密度泛函理论基础 计算模型的建立 晶体结构优化 表面吸附 电荷密度分布 化学反应中的过渡态搜索 气体扩散 X-ray 结构精修
教员: 郝绿原
hly@ 3600834 傅正平 fuzp@ 李震宇(理论) zyli@ 张文华(理论) whzhang@
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。
CASTAP中能量的默认单位是电子伏特(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/mole
注意: 如果你的服务器没有足够快的CPU,请慎用CASTEP进行几何优化计算,因为
它会占用相当长的时间 。
1.
构建AlAs的晶体结构
空间群是F-43m
Al的分数坐标:(0 0 0) (1/2 1/2 0) (1/2 0 1/2) (0 1/2 1/2) As的分数坐标:(3/4 3/4 3/4) (1/4 1/4 3/4) (1/4 3/4 1/4) (3/4 1/4 1/4)
几何优化处理产生的 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。
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。
从菜单栏里选择Build / Crystals / Build Crystal。 Build Crystal 对话框显示出来。
杨碚芳课
点击Enter group 输入216,按下 TAB 按钮(或在Enter group中选择 F-43m),空间群信息更新为F-43m 空间群。空间群信息框中的信息也 随着F-43m空间群的信息而发生变 化 。
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)。