materials studio 學(xué)習(xí)整理知識點(diǎn)

1、materials studio 學(xué)習(xí)整理知識點(diǎn) 1、castep是用平面波贗勢展開波函數(shù)，dmol是通過原子軌道的線性組合來處理（castep用的是基于平面波贗勢的方法，而dmol是基于分子軌道理論的方法） castep算周期性結(jié)構(gòu)的體系，DMol 適合于分子，團(tuán)簇，分子篩，分子晶體，聚合物等開放結(jié)構(gòu)。也就是說對空體積較大的晶體，原子軌道在稀填充體系（原子、分子、團(tuán)簇、低維周期體系、沸石.）的計算上比平面波有優(yōu)勢。CASTEP是一個基于密度泛函方法的從頭算量子力學(xué)程序，總能量包含動能、靜電能和交換關(guān)聯(lián)能三部分,各部分能量都可以表示成密度函數(shù)。適用于范圍很大的一類固體材料、界面以及表面的性質(zhì)。

2、基于總能量的平面波贗勢理論,研究的內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)對稱性、晶格參量、鍵長鍵角、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、布局?jǐn)?shù)、光學(xué)性能等。CASTEP 模組允許你使用含有彈性的分子模型工具CASTEP 主要是用於大尺度的週期性系統(tǒng)，他也可以被應(yīng)用在以超晶格建力起來的缺陷表面介面與分子CASTEP僅能在3D周期模型文件基礎(chǔ)上進(jìn)行計算,必須構(gòu)建超單胞,以便研究分子體系默認(rèn)條件下,CASTEP使用得是BFGS幾何優(yōu)化方法,即擬牛頓算法Castep的幾何優(yōu)化過程的本質(zhì)是期望利用一個迭代過程來完成優(yōu)化任務(wù),在進(jìn)行迭代的過程 中, 通過調(diào)整原子坐標(biāo)和晶胞參數(shù)使結(jié)構(gòu)的總能量最小化。CASTEP幾何優(yōu)化的核心是通過不斷的減小計算力和

3、應(yīng)力的數(shù)量級,直至小于所規(guī)定的收斂誤差。當(dāng) 然,也可能給定外部應(yīng)力張量來對拉應(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 Castep默認(rèn)的能量單位是電子伏特ev，換算關(guān)系為1eV=0.036749308Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/m 2、Energy cutoff 截斷能 SCF tolerance：迭代標(biāo)準(zhǔn)，就是每兩部之間算完的標(biāo)準(zhǔn)（ SCF：就是 自洽場self consistent field，解薛定諤方程時在開始并不知道波函數(shù)，從而也無法獲得所需要的電子密度；因此可以先用一個解進(jìn)行迭代運(yùn)算，直

4、到最后達(dá)到所需要的結(jié)果） K point set: K點(diǎn)設(shè)置（布里淵區(qū)的點(diǎn)數(shù)選擇，就像你選樣本來看產(chǎn)品的合格率一樣，選的多就會慢，但會更準(zhǔn)確一些） 3、建模時加入雜質(zhì)原子的方法： 方法一：用鼠標(biāo)點(diǎn)上將要被取代得原子（點(diǎn)上后原子顏色將變成黃色），在窗口的右邊屬性欄中，將會顯示這個原子的相關(guān)屬性，并告訴你這個原子的元素種類（比方是Al 吧），然后點(diǎn)這個元素種類Al，將出現(xiàn)一個元素周期表，選擇你要摻雜得原子，確定就可以了！ 方法二：建立完沒有摻雜的晶胞后,選supercell,然后再選擇要替換的原子,進(jìn)行摻雜.如果不把晶胞的對稱性改為supercell就不能改變其中的一個原子,而是由于對稱性把同一元

5、素的所以原子改變了 4、（1）castep建立晶體的模型步驟：build/build crystal,彈出對話框，然后按照晶格參數(shù)填入。這個時候要選擇空間群（group這個選項），這里注意，在開始建立的時候要填入的是晶格參數(shù)，也就是a，b,c。然后添加原子，添加原子的時候要填入的是每個元素對應(yīng)的坐標(biāo)，也就是x,y,z，進(jìn)行到這里，初步的結(jié)構(gòu)就出來了。然后要點(diǎn)build/crystal/rebuildrystal；這樣，圖形就整潔了很多。按照教程所說，還要點(diǎn)build/symmetry/primitivecell注意事項：已經(jīng)知道其晶格參數(shù)（這點(diǎn)重要啊，開始不了解需要知道這個參數(shù)，走了一些彎路）

6、。開始構(gòu)建的時候犯了個錯誤，在add atom的時候沒有注意彈出的對話框里有個Option 選項，里面有個坐標(biāo)要選分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。這里也要注意。（2）采用DMOL3建模的基本步驟： 第一種情況:從程序自帶的各種晶體及有機(jī)模型中導(dǎo)入體系的晶胞打開MS，由fileimportstructuresmetalspure-metalsFe導(dǎo)入Fe的晶胞。由build Surfaces cleave Surfaces打開對話框。在對話框中輸入要建立的晶面（hkl），選擇 position，其中depth 控制晶面層數(shù)。進(jìn)入buildSupercell，輸入A 、B 、C的值，得到想要的超晶胞。到該步驟，我們已經(jīng)

7、建立了一個周期性的超晶胞。如果要做周期性計算，則應(yīng)選擇buildCrystalsbuild vaccum slab，其中真空層通常選擇10 埃以上。如果建立團(tuán)簇模型則選擇buildSymmetryNon-periodicStructure，去掉模型的周期性，并跟據(jù)自己的實(shí)際需要刪除部分原子，得到想要的團(tuán)簇模型。在表面插入分子時通過菜單欄上的幾個小圖標(biāo)添加即可。 第二種情況: 手動建模，優(yōu)點(diǎn)是可控制晶格常數(shù)。首先從文獻(xiàn)中查到晶體的晶格常數(shù)的實(shí)驗值。打開buildCrystalsbuildcrystals，可見到對話框。在對話框中選擇空間群與點(diǎn)群，然后在Lattice Parameter中設(shè)置晶胞

8、基矢的長度及夾角。然后打開buildAdd atom，從對話框中輸入坐標(biāo)。這里只需輸入幾個有代表性的原子的坐標(biāo)，不必全部輸入。在坐標(biāo)輸入前首先在option頁面中選擇coordinate system，或者分?jǐn)?shù)坐標(biāo)或者卡迪爾坐標(biāo)。以下步驟重復(fù)2-5步。需要注意的是，采取什么樣的團(tuán)簇并不是任意的。原因是很多模型構(gòu)造出來后在優(yōu)化過程中往往不收斂。要避免這個問題的辦法是查閱文獻(xiàn)，參考文獻(xiàn)上模型進(jìn)行選取，因為它們的模型通常是經(jīng)過試驗證實(shí)收斂的。5、 ElectronicMoreSCF里的Use smearing。這個關(guān)鍵字有助于加快收斂，但是設(shè)的多大往往會產(chǎn)生錯誤的結(jié)果，它也相當(dāng)于允許的誤差范圍6、

9、畫苯環(huán)最簡單的方法是：Alt+六元環(huán)畫筆。第二種方法就是先畫一個六元環(huán)，再按住Shift 鍵選中六個環(huán)單鍵，將其改為partial double bond7、 用demolJ計算分子軌道怎么看HUMO,LUMO圖，其中的黃色藍(lán)色代表什么? 答：dmol計算的時候選擇properties里面的orbitals把homo和lumo選上然后計算，算完以后打開analysis對話框選擇orbitals，就看到你算的homo和lumo了，然后import就在模型中可以看見homo和lumo了8、如何在半導(dǎo)體上建金屬表面？ 用ms里面的layer builder構(gòu)建界面，基底為半導(dǎo)體，半導(dǎo)體上長金屬層是通

10、過layer builder構(gòu)建的9、請教各位一個問題，在MS的Dmol3下計算能量，在分析里查看HOMO和LUMO軌道的電子云的計算結(jié)果時，有兩種顏色，默認(rèn)的是黃色和藍(lán)色。這種顏色的不同代表什么意思？ 還有一般用HOMO和LUMO軌道的電子云說明什么問題??？我看很多文獻(xiàn)說什么(-)派-派躍遷就是3.1415926所代表的那個希臘字母這里不知道怎么輸入。還有（-)西格瑪-西格瑪?shù)鹊?，學(xué)習(xí)化學(xué)的人應(yīng)該能夠了解，可以從這上面看出來嗎？ 答： A、其實(shí)兩種顏色的電子云不是代表homo和lumo的，只是說這個地方波函數(shù)是正號還是負(fù)號。因為對于電子云來說，其實(shí)是波函數(shù)的平方，這個地方為了區(qū)別波函數(shù)的正負(fù)

11、號，所以引進(jìn)了兩種顏色的電子云 B、在分子進(jìn)行反應(yīng)時，最高占據(jù)軌道（HOMO）和最低空軌道（LUMO）其有特別重要的作用。分子軌道對稱性守恒原理認(rèn)為：在反應(yīng)過程中，當(dāng)有反應(yīng)物分子軌道轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的分子軌道時，其對稱性始終保持不變，即始終都屬于同一個不可約表示。如果反應(yīng)物基態(tài)的分子軌道變成的是產(chǎn)物的基態(tài)的分子軌道，那么反應(yīng)就是熱允許的。（意即溫和加熱就可進(jìn)行）如果變成的是激發(fā)態(tài)的分子軌道，就是熱禁阻的（意即不可能用溫和加熱的方法促其進(jìn)行）。如果反應(yīng)物受光激發(fā)后由電子占據(jù)的分子軌道（激發(fā)態(tài)軌道）轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的基態(tài)分子軌道，這一過程就是光允許的（意即用適當(dāng)?shù)墓庹站涂墒蛊溥M(jìn)行）。若轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的更高激發(fā)態(tài)分

12、子軌道，就是光禁阻的（意即無法用光照促其進(jìn)行）。 10、固溶體的摻雜方法11、 castep性質(zhì)計算結(jié)果12、 檢查是否收斂成功13、能帶圖分析 能帶圖顯示的是在布里淵區(qū)中K矢量沿著高對稱性方向上的電子能量依賴度 能帶圖中費(fèi)米能級被分配的值為0 檢查在費(fèi)米能級上的能態(tài)數(shù)目，也就是Energy = 0的點(diǎn)。絕緣體將有明顯的間隙，而導(dǎo)體會有許多態(tài)，在這里的曲線是典型的半導(dǎo)體。注意，你可以看到從每個典型軌道產(chǎn)生許多態(tài)。 擴(kuò)展周期系統(tǒng)的特點(diǎn)是其能帶，這與分子系統(tǒng)中的軌道特征值相類似。與軌道特征值不同的是，在晶胞中在不同的點(diǎn)能帶的能量是不同的。能帶可以在晶胞的倒易空間中被描繪出來。實(shí)際上，在倒易空間中有少數(shù)對稱性唯一的方向，這樣描述能帶的特征只需要有限數(shù)目的點(diǎn)。通過觀察在不同點(diǎn)上能帶之間的能隙，可能得出有關(guān)材料性質(zhì)的結(jié)論，如材料是絕緣體、導(dǎo)體還是半導(dǎo)體等。 另一個描述材料電子結(jié)構(gòu)特征的方法是通過態(tài)密度(DOS)，DOS在每個能量范圍內(nèi)計算能級的相對數(shù)量。在