material studio 一些基礎設置問題

materialstudio一些基礎設置問題materialstudio一些基礎設置問題materialstudio一些基礎設置問題xxx公司materialstudio一些基礎設置問題文件編號：文件日期：修訂次數：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度CASTEP的任務1.CASTEP能量任務CASTEP能量任務允許您計算指定系統(tǒng)的總能量，以及它的物理性質。除了總能量，原子上的力也會在計算結束時報告。還創(chuàng)建了一個電荷密度文件，允許使用可視化工具直接觀察電荷密度的空間分布。還報告了在計算中使用的monkhorst-packk點的電子能量，以便在CASTEP分析過程中生成態(tài)密度圖。能量任務對于研究可靠的結構信息體系的電子特性是非常有用的。只要指定了應力特性，它也可以用來計算沒有內部自由度的高對稱系統(tǒng)的狀態(tài)方程(即壓力體積和/或能量-體積依賴)。注意：在具有內部自由度的系統(tǒng)中，可以利用幾何優(yōu)化任務得到狀態(tài)方程。CASTEP的能量的默認單位是電子伏特(eV)。1eV=Ha=kcal/mole=kJ/mole2.CASTEP幾何優(yōu)化任務CASTEP幾何優(yōu)化任務允許優(yōu)化幾何結構，以獲得一個穩(wěn)定的結構或多態(tài)性。這是通過執(zhí)行一個迭代的過程來完成的，在這個過程中，原子的坐標和可能的原胞參數被調整，從而使結構的總能量是最小的。CASTEP幾何優(yōu)化是基于減小計算力和應力的大小，直到它們變得小于定義的收斂誤差。此外，還可以指定一個外部應力張量，來模擬在張力、壓縮、剪切等情況下系統(tǒng)的行為。在這些情況下，內部應力張量是迭代的，直到它等于施加的外部應力。幾何優(yōu)化的過程一般會產生一個與實際結構相似的模型結構。用CASTEP計算的晶格參數的準確性如圖1所示(Milman等，2000)。Figure1.Experimentalvs.CASTEPcalculatedlatticeparameters狀態(tài)方程的計算應用流體靜壓法的幾何優(yōu)化可用于確定材料的體積模量，B，壓力導數、B'=dB/dP。這個過程包括計算狀態(tài)方程（EOS），它描述了細胞體積對外部流體靜壓的依賴。該方法與實際實驗非常相似:在幾何優(yōu)化對話框中使用最小化選項鍵確定外部壓力，通過對CASTEP進行幾何優(yōu)化來確定壓力的單元體積。對P-V數據集的后續(xù)分析與實驗研究是完全一樣的(參見Winkler,1999了解更多細節(jié))。選擇一個解析表達式來描述EOS，并將其參數與計算的數據相適應。EOS最受歡迎的形式是三階Birch-Murnaghan方程:V0是平衡體積，Cohenetal.(2000).等人對各種分析型EOS進行了詳細的比較研究。幾何優(yōu)化方法默認情況下，CASTEP使用BFGS幾何優(yōu)化方法。這種方法通常提供了找到最低能量結構的最快方法，這是在CASTEP支持細胞優(yōu)化的唯一方案。阻尼分子動力學方法是一種可以和BFGS一樣有效的方法，用于具有平面勢能面的系統(tǒng)，例如在表面的分子晶體或分子。3．CASTEP動力學任務CASTEP動力學任務允許你模擬一個結構中的原子在計算力的影響下如何移動。在執(zhí)行CASTEP動態(tài)計算之前，您可以選擇一個熱力學集合和相關的參數，定義模擬時間和模擬溫度。選擇熱力學集合結合牛頓運動方程，你可以探索一個系統(tǒng)的恒能表面(NVE動力學)。然而，大多數自然現象發(fā)生在系統(tǒng)與環(huán)境交換熱量的條件下。這些條件可以使用NVT集合(決定性的NOSE集合或隨機的Langevin集合)進行模擬。外部壓力可以通過使用NPH(常數焓)或NPT(恒定溫度)集合來計算動力學計算。定義時間步長集成算法中的一個重要參數是時間步長。為了充分利用計算機時間，應該使用較大的時間步長。但是，如果時間步太大，可能導致積分過程中不穩(wěn)定和不準確。通常情況下，這是一種系統(tǒng)的漂移運動。注意：量子力學分子動力學的計算通常比基于力場的動力學應用需要更小的時間。然而，在CASTEP中，這不是一個問題，因為使用了波函數和密度外推法。約束在動力學CASTEP在分子動力學模擬中支持線性約束。但是，您只能通過MS界面應用兩個最基本的約束:（1）質心可以是固定的（2）單個原子位置可以是固定的。更復雜的約束可以使用file.4.CASTEP彈性常量的任務CASTEP彈性常量任務允許你運行一組CASTEP計算，該計算提供所有必要的信息來獲取具有任何對稱的周期性結構的全部的6×6張量彈性常量。CASTEP會自動生成一組缺陷的結構，它需要對稱來產生完整的彈性常數集，然后為理想的結構和所有缺陷的結構提交CASTEP任務。根據初始應變值和計算應力，對彈性常量進行實際計算是在分析階段進行。彈性常量的精度，特別是剪切常量的精度，在很大程度上取決于SCF計算的質量，特別是關于布里淵區(qū)采樣的質量和波函數的收斂程度。因此，您應該在SCF選項中選用Fine設置，以及k點取樣和Fine的FFT網格。在計算彈性常量之前沒有必要進行幾何優(yōu)化，因此可以為實驗觀測的結構生成Cij數據。然而，如果你執(zhí)行完整的幾何優(yōu)化，包括原胞優(yōu)化，然后計算與理論基態(tài)相對應的結構的彈性常數，則會得到更一致的結果。CASTEP為每個有缺陷的結構的內部坐標進行最小化處理，同時保持晶格參數不變。可以使用BFGS或dampedMD幾何優(yōu)化方法。要選擇不同的方法，您必須選擇幾何優(yōu)化任務，改變相關設置，然后返回到彈性常數任務。注意：作為彈性常數任務的一部分，CASTEP對沒有缺陷的結構進行單點能量計算。這允許您分析電子和容量屬性。這個計算的能量和應力并不被用來估計彈性常數。5.CASTEP過渡狀態(tài)搜索任務CASTEPTS搜索任務允許您優(yōu)化過渡態(tài)。當一個分子或晶體結構被建造時，通常需要把它優(yōu)化成穩(wěn)定的幾何結構。改進過程是一個迭代的過程，在這個過程中，原子的坐標被調整，使結構的能量被帶到一個定點，即該點的原子受的力是零。過渡態(tài)是一個定點，它是一個方向上的能量最大值(反應坐標的方向)和其他所有方向上能量是最小的。在化學反應過程中，總能量自然變化。從反應物開始，能量增加到最大值然后降低到生成物的能量。反應路徑上的最大能量稱為活化能。與這種能量相對應的結構稱為過渡態(tài)。TSSearch任務對于預測化學反應的勢壘和決定反應途徑特別有用。它還可以用于尋找固體擴散或表面擴散的擴散勢壘。同步傳輸方法CASTEP過渡態(tài)搜索使用同步傳輸方法執(zhí)行。當反應物和生成物的合理結構存在時，它們的效果最好，但過渡狀態(tài)的位置是未知的。從反應物和產物開始，同步傳輸方法插入反應路徑以找到過渡狀態(tài)。線性同步傳輸(LST)方法對最大的能量執(zhí)行一次插值。二次同步傳輸(QST)方法通過約束最小化來對能量最大化進行搜索，以將過渡狀態(tài)細化到高程度。CASTEP可用的選項包括:（1）LSTMaximum執(zhí)行一次LST最大化，在反應物和生成物之間的最大限度。這是最快但最不準確的選項。這種方法決定的TS結構通常需要進一步的優(yōu)化。（2）LST/Optimization執(zhí)行一次LST最大化，接著是向反應路徑的共軛的能量最小化。這就產生了一個能量更低的結構，更接近于真實的TS，而不是一個簡單的LST。繼續(xù)最小化步驟，直到達到能量的最小值或使共軛方向的數量耗盡。（3）Halgren-Lipscomb是一種有限的LST/Optimization，它的設計是為了再現由Halgren和Lipscomb推廣的算法。在確定了LST最大值后，該方法執(zhí)行共軛梯度最小化，但只在一個方向上進行。（4）CompleteLST/QST通過執(zhí)行LST/Optimization計算開始。以這種方式獲得的TS近似用于執(zhí)行QST最大化。從這一點開始，另一個共軛梯度最小化開始執(zhí)行。循環(huán)重復，直到一個靜止點被定位，或者被允許的QST步驟數被耗盡。對所使用算法的完整描述在Govindetal.(2003).中給出。6.CASTEP屬性CASTEP屬性任務允許您在完成單點能量、幾何優(yōu)化或動力學運行之后計算電子、結構和振動特性。注意：為了利用CASTEP屬性任務來計算屬性，必須在當前project中給出一個合適的仿真結果。您還可以在CASTEP計算對話框中使用Properties選項卡，要求將這些屬性計算為CASTEP運行的一部分。您可以使用CASTEP分析對話框查看結果。CASTEP可以生成的屬性如下:（1）帶結構:在布里淵區(qū)，在模擬過程中使用電子電荷密度和電位，沿高對稱方向的電子特征值在價層和導帶是非自洽的，。（2）態(tài)密度:使用電子電荷密度和在模擬過程中產生的電勢，在一個fineMonkhorst-Packgrid的價帶和導帶中的電子特征值是非自洽的。（3）電子密度差:對原子密度的線性組合或結構中包含的原子集合密度的線性組合的電子密度差。（4）NMR:計算了化學屏蔽張量和電場梯度。注意:NMR的CASTEP是另一個許可模塊NMRCASTEP的一部分。只有購買了這個模塊，才能執(zhí)行NMR計算。（5）光學性質:計算電子帶間躍遷的矩陣元素。CASTEP分析對話框可以用來生成網格和包含可測量的光學屬性的圖表文檔。（6）軌道:提供關于電子波函數的信息。這允許您可視化各種電子狀態(tài)(軌道)的3D分布。此信息還需要對STM配置文件進行可視化。（7）聲子:對于聲子色散的運行，聲子頻率和沿著布里淵區(qū)的高對稱方向的特征向量進行計算。在聲子密度的計算中，聲子頻率和特征向量是在Monkhorst-Packgrid計算的。在分析過程中需要這些信息，以顯示所有狀態(tài)的總聲子密度。它也被用來計算熱力學性質。注意：Phonon計算考慮到現有的固定原子約束，而不考慮整個任務設置。這些固定原子被排除在振動性質的計算之外，這符合“partialHessian”方法。小竅門：您必須檢查EditConstraints對話框的Atom選項上的Fix分數位置復選框，可以從Modify菜單中訪問。（8）極化率和紅外光譜:隨著紅外強度(反應電場在紅外范圍)變化的光學(ω=∞)和直流(ω=0)介電常數或光學(ω=∞)和靜態(tài)(ω=0)分子極化率被計算。介電常數與固體材料有關，而極化率和紅外強度與用超胞方法構建的分子有關。（9）Populationanalysis:Mullikenanalysis被執(zhí)行。計算了鍵數和角動量解析的原子電荷(以及自旋極化計算的磁矩)。另外，還生成了狀態(tài)部分密度(PDOS)計算所需的權重。（10）應力:應力張量的計算和寫入到文件中。這個信息是有用的，例如，你執(zhí)行一個幾何優(yōu)化運行，其中的單元參數是固定的，可以檢查晶格到平衡位置的距離是多少。例如，一個點缺陷的超細胞研究應該與給定系統(tǒng)的理論基態(tài)相對應的固定原胞一塊進行。在幾何優(yōu)化后的應力值給出了與超級細胞近似有關的彈性效應的大小的提示。7.在固體中模擬無序許多晶體結構具有靜態(tài)的位置無序。MS允許你通過定義混合原子來模擬無序。（1）混合原子無序晶體中的原子位置可以用一個混合原子來描述，它由兩個或多個元素類型組成。相對濃度可以設置為任意數量的原子，其中總濃度必須是100%?；旌显用枋鍪枪腆w溶液、金屬合金、無序礦物等的最常用表現形式。（2）技術上的限制目前，CASTEP的分子動力學(MD)算法的實現與虛擬晶體近似(VCA)還不相容，VCA是用來在固體中建立無序模型的。在目前的版本中，沒有任何一個MD(NVE,NPT，等等)為無序晶體工作。以下屬性對于無序系統(tǒng)是不可用的:數量分析振動性質(聲子色散，聲子態(tài)密度)光學性質此外，基于dampedMD的幾何優(yōu)化是不可用的(因為MD本身是不允許的)。Atom占據態(tài)不能用于基于虛擬晶體近似(VCA)的當前CASTEP實現。部分原子占用可以被看作是混合型原子的一個特例，其中一部分的混合物是一個“虛無”的原子。這種情況不受一些技術和根本原因的支持。上面列出的限制分為三類:對混合原子(數量分析、振動特性)的性質的定義不明確或根本沒有意義。有可能進行計算的特性，但這需要更多的理論工作(光學，部分原子占據)。由于純粹的技術原因而被限制的特性(分子動力學)。這些限制是由用戶界面施加的;如果您嘗試使用不允許的設置組合運行，那么當您選擇運行或保存文件時，會顯示一個消息框，解釋為什么無法執(zhí)行運行。CASTEP計算的設置1電子選項設置電子選項必須設置為能量、幾何優(yōu)化、動力學、彈性常數和TS搜索計算。用于屬性計算的設置從將要重新啟動的計算的輸入文件中復制，并且不受任何通過界面進行的更改的影響。用于定義計算的基本設置可以在CASTEP計算對話框的設置和電子設置選項中得到。您可能需要修改的重要設置如下:Quality（計算質量）：決定了計算的準確度和成本Systemparameters（系統(tǒng)參數）：描述系統(tǒng)的電荷和自旋狀態(tài)Exchange-correlationfunctional（交換關聯泛函）：確定DFT描述的水平Pseudopotentials（贗勢）：影響計算的準確性和成本Basisset（基組設置）指定平面波基組的質量k-points：確定布里淵區(qū)抽樣的準確性SCF：指定用于電子最小化的方案Quality為了幫助您選擇CASTEP參數的適當值，可以使用四個預設的參數。這些預設的參數在質量上有Coarse（粗糙），適合快速近似計算；到Ultra-fine（超精細），用于計算需要高精度的計算。當您選擇質量設置時，設置以下參數與Coarse,Medium,和Fine設置相對應的截斷能的值是對應于特定的元素，它取自存儲在數據庫中贗勢文件。這些值是由單個原子和雙原子分子的收斂試驗確定的，它們分別對應于2eV/atom、atom和atom的總能量收斂值。在3D結構文檔中所選的元素中所選擇的質量的最大值被接受。Quality設置也影響了諸如幾何優(yōu)化、彈性常數計算和過渡態(tài)搜索等任務的收斂誤差值。Systemparameters系統(tǒng)電荷CASTEP允許在具有電荷的系統(tǒng)上執(zhí)行計算。這對于研究半導體的缺陷(Milmanetal.，1993和Hakala等，2000)是很有用的。注意：在這個版本的CASTEP中沒有實現Makovl–Payne關聯，它改進了總能量對帶電周期系統(tǒng)的超胞大小的收斂性。這意味著具有原胞單元帶電系統(tǒng)獲得的結果不那么可靠。設置系統(tǒng)電荷①從菜單欄中選擇模塊|CASTEP|計算，以顯示CASTEP計算對話框。②選擇Setup鍵。③在電荷場中指定系統(tǒng)電荷。自旋極化通過CASTEP進行自旋極化的DFT計算，可以研究磁系統(tǒng)。該設置用于過渡金屬氧化物，某些無機表面研究，以及含有磁性元素的金屬系統(tǒng)(Fe,Co,Mn,Ni)。自旋極化CASTEP計算通常由一個可變磁矩進行。然而，這一過程并不能保證找到最低的能態(tài)。DFT的解可以收斂到各種局部極小值，從而找到亞穩(wěn)態(tài)。最常見的解對應于高自旋和低自旋態(tài)。CASTEP生成的狀態(tài)依賴于初始的磁場配置，因為解可能會收斂到最近的局部最小值，而不是全局最小值。有兩種方法來定義初始的磁配置:要么指定均勻地分布在每單元的總磁矩，或者提供關于單元中每個原子的自旋的絕對值和方向(向上或向下)的詳細信息。前一種方法可以用于相對簡單的系統(tǒng)，只有兩種解決方案(磁性和非磁性)。后一種方法，它指定了系統(tǒng)中原子的自旋狀態(tài)，更一般，并且提供了更多的靈活性。有可能建立鐵磁或反鐵磁計算，以獲得不同的起始自旋排列。用均勻分布的初始磁矩建立自旋極化計算①從菜單欄中選擇模塊|CASTEP|計算，以顯示CASTEP計算對話框。②選擇Setup選項。③檢查自旋極化復選框，并將使用正式自旋作為初始復選框。④指定初始的自旋值。⑤為了優(yōu)化旋轉值，選擇Electronic，點擊More…按鈕|CASTEP電子選項對話框。⑥選擇SCF(自洽場)選項卡。⑦取消修復占用復選框并檢查優(yōu)化的總自旋復選框。用原子矩的指定順序建立自旋極化的計算注意：只有當電子結構的密度混合方案被用于電子結構的最小化時，CASTEP才正確處理原子的初始磁矩。CASTEP將忽略原子信息，并將對所有能帶或EDFT最小化使用均勻分布的磁矩。總力矩的值是由系統(tǒng)中正式自旋的總和決定的。①為原子設置Setformalspins正式的旋轉。②在設置了正式的自旋后，操作findandimposethesymmetry。③從菜單欄中選擇模塊|CASTEP|計算，以顯示CASTEP計算對話框。④選擇設置選項卡。⑤檢查自旋極化并將正式自旋作為初始的復選框。⑥選擇電子標簽，點擊More|CASTEP電子選項對話框。⑦選擇SCF(自洽場)選項卡。⑧選擇密度混合作為電子最小化裝置。⑨取消修復占用復選框并檢查優(yōu)化的總自旋復選框。在優(yōu)化自旋狀態(tài)時包含足夠數量的空帶是很重要的?？諑У哪J數量是4，這意味著自旋值最大可增加到8。如果CASTEP發(fā)現的實際極小值對應于高自旋狀態(tài)(盡管這不是一個計算從高自旋和收斂到低旋轉時的情況)，那么從低自旋狀態(tài)開始的計算將會非常慢。注意:如果空帶的數量不足以容納高自旋狀態(tài)，在SCF中CASTEP可能無法收斂，特別是在一個具有可變占用數(金屬系統(tǒng))的計算中。2.設置exchange-correlation泛函CASTEP支持一個局域交換關聯泛函，LDA，三個梯度修正的交換關聯泛函，GGA和一組非局域泛函，用于總能量自洽計算。（1）LDA泛函CA-PZ是CASTEP中唯一可用的局域(LDA)泛函。它基于CeperleyandAlder(1980)由PerdewandZunger(1981)參數化的數據。（2）GGA泛函GGA泛函提供了比LDA泛函更好的電子子系統(tǒng)的總體描述。LDA描述傾向于低估原子，從而使鍵長和細胞體積通常被低估了幾個百分點，而體積的模量則相應地被高估了。GGA糾正了這個錯誤，但可能會被高估，從而高估鍵長。PBE(Perdewetal.,1996)是默認的交換關聯泛函。特別推薦用于研究與金屬表面相互作用的分子，盡管對大塊系統(tǒng)也相當可靠。PW91(Perdewetal.，1992)泛函應該用于與文獻數據進行比較，因為它是使用最廣泛的GGA泛函。PW91泛函所獲得的結果應該與PBE所獲得的結果非常相似。另一個非局域泛函，RPBE(Hammeretal.,1999)，是PBE泛函的改進形式，旨在改進金屬表面的描述。最新的GGA勢是WC,WuandCohen(2006).。作者聲稱對晶格常數、晶體結構和金屬表面的能量有顯著的改進，超過了最受歡迎的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)GGA.（3）非局域交換關聯泛函非局部交換關聯泛函是由廣義的kohn–sham方程(Seidletal,1996)所產生的，與LDA或GGA的計算相比，它旨在改進絕緣體和半導體的帶隙的描述。這種額外的準確性來自于更多的時間消耗計算。一些可用非局部交換關聯泛函近似:①HF②HF-LDA③sX④sX-LDA⑤PBE0推薦的泛函是sX-LDA和PBE0;其余部分主要用于測試其他由Hartree-Fock方案實現的程序包。注意：使用這種方法有一些限制:非局部交換只能用于具有能量和幾何優(yōu)化任務(沒有原胞優(yōu)化)的絕緣體。它與應力、NMR、聲子或極化計算不相容。這種公式不能與原子或超軟勢混用。選擇交換關聯泛函從菜單欄中選擇模塊|CASTEP|。選擇Setup選項卡。選擇一個局域(LDA)，一個梯度校正(GGA)或非局域泛函從與功能選項相關聯的第一個下拉列表。從第二個下拉列表中選擇具體的函數。3.設置贗勢（1）Ultrasoftpseudopotentials（超軟贗勢）和norm-conservingpseudopotentials（模守恒贗勢）CASTEP在默認情況下使用的是超軟贗勢(USP)。它通常比模守恒贗勢(NCP)更準確、更有效。數據庫中的USP文件有一個.usp或.uspcc擴展，NCP文件有一個.recpot擴展。注意：對于LDA和GGA交換關聯泛函，應使用不同的超軟贗勢。數據庫中的命名約定是<elementname>_<ID>.usp[cc]用于LDA泛函和<elementname>_<ID>[cc]用于GGA泛函。在默認情況下，MS試圖找到最適合于交換關聯勢的贗勢，盡管這種行為可以被拒絕。注意：與NCP計算相比，使用USPs進行光學特性的計算不那么精確(詳見光學特性)。然而，由于誤差預計很小，無法量化。因此，如果需要的話，您應該使用USPs來進行幾何優(yōu)化，然后使用NCPs進行額外的能量和光學特性的計算。與NCP相對比，USP使得CASTEP計算，可以使用較小的截斷能，所以在計算時間上產生明顯的優(yōu)勢。然而，USP的形式更加復雜，對于諸如聲子、NMR特性或局域交換關聯泛函的線性響應的實現來說，這是非常棘手的問題。因此，CASTEP在處理一些任務和性質的計算上，只能使用norm-conservingpotentials。MS可用的NCPs數據庫相當陳舊，在某些情況下可能包含尚未經過充分測試的贗勢。因此，可以使用開源軟件Opium（TheOptimizedPseudopotentialInterface/UnificationModule）產生NCPs。這個包允許您使用最新的贗勢生成技術產生.recpot格式的文件。除了改變全局選擇的贗勢，還可以根據交換關聯泛函的選擇值來更改每個元素的選擇。提示：個人選擇使用其他的softversionsoftheUSPs版本，對諸如氧和硅等元素也很有用，在這里可以這需要更小的截斷能，但可能比標準勢的可轉移性更小。（2）PseudopotentialsgeneratedontheflyCASTEP代碼允許您generatepseudopotentialsonthefly，例如，您可以提供參數，而不是來自數據庫的文件來governthegeneration。這種方法有很多優(yōu)點，例如，在原子和固態(tài)計算中使用了相同的交換