CASTEP概述及一詳細(xì)教程

1、整理課件整理課件 CASTEP是特別為固體材料學(xué)而設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)代的量子力學(xué)基是特別為固體材料學(xué)而設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)代的量子力學(xué)基本程序，其使用了密度泛函本程序，其使用了密度泛函(DFT)平面波贗勢(shì)方法，進(jìn)行第一原理平面波贗勢(shì)方法，進(jìn)行第一原理量子力學(xué)計(jì)算，以探索如半導(dǎo)體，陶瓷，金屬，礦物和沸石等材料量子力學(xué)計(jì)算，以探索如半導(dǎo)體，陶瓷，金屬，礦物和沸石等材料的晶體和表面性質(zhì)。的晶體和表面性質(zhì)。 典型的應(yīng)用包括表面化學(xué)、鍵結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研究，典型的應(yīng)用包括表面化學(xué)、鍵結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研究，CASTEP也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的3D形式。此外

2、，形式。此外，CASTEP可用于有效研究點(diǎn)缺陷可用于有效研究點(diǎn)缺陷(空位，間隙和置換雜質(zhì)空位，間隙和置換雜質(zhì))和擴(kuò)展缺和擴(kuò)展缺陷陷(如晶界和位錯(cuò)如晶界和位錯(cuò))的性質(zhì)。的性質(zhì)。 Material Studio使用組件對(duì)話框中的使用組件對(duì)話框中的CASTEP選項(xiàng)允許準(zhǔn)備、啟選項(xiàng)允許準(zhǔn)備、啟動(dòng)、分析和監(jiān)測(cè)動(dòng)、分析和監(jiān)測(cè)CASTEP服役工作。服役工作。 計(jì)算：允許選擇計(jì)算選項(xiàng)計(jì)算：允許選擇計(jì)算選項(xiàng)(如基集，交換關(guān)聯(lián)勢(shì)和收斂判據(jù)如基集，交換關(guān)聯(lián)勢(shì)和收斂判據(jù))，作，作業(yè)控制和文檔控制。業(yè)控制和文檔控制。 分析：允許處理和演示分析：允許處理和演示CASTEP計(jì)算結(jié)果。這一工具提供加速計(jì)算結(jié)果。這一工具提供加

3、速整體直觀化以及鍵結(jié)構(gòu)圖、態(tài)密度圖形和光學(xué)性質(zhì)圖形。整體直觀化以及鍵結(jié)構(gòu)圖、態(tài)密度圖形和光學(xué)性質(zhì)圖形。整理課件 CASTEP計(jì)算是要進(jìn)行的三個(gè)任務(wù)中的一個(gè)，即單個(gè)點(diǎn)的能量計(jì)算是要進(jìn)行的三個(gè)任務(wù)中的一個(gè)，即單個(gè)點(diǎn)的能量計(jì)算，幾何優(yōu)化或分子動(dòng)力學(xué)?？商峁┻@些計(jì)算中的每一個(gè)以便產(chǎn)計(jì)算，幾何優(yōu)化或分子動(dòng)力學(xué)?？商峁┻@些計(jì)算中的每一個(gè)以便產(chǎn)生特定的物理性能。性質(zhì)為一種附加的任務(wù)，允許重新開始已完成生特定的物理性能。性質(zhì)為一種附加的任務(wù)，允許重新開始已完成的計(jì)算以便產(chǎn)生最初沒有提出的額外性能。的計(jì)算以便產(chǎn)生最初沒有提出的額外性能。在在CASTEP計(jì)算中有很多運(yùn)行步驟，可分為如下幾組：計(jì)算中有很多運(yùn)行步驟，

4、可分為如下幾組： 結(jié)構(gòu)定義：必須規(guī)定包含所感興趣結(jié)構(gòu)的周期性的結(jié)構(gòu)定義：必須規(guī)定包含所感興趣結(jié)構(gòu)的周期性的3D模型文模型文件，有大量方法規(guī)定一種結(jié)構(gòu)：可使用構(gòu)建晶體件，有大量方法規(guī)定一種結(jié)構(gòu)：可使用構(gòu)建晶體(Build Crystal)或或構(gòu)建真空板構(gòu)建真空板(Build Vacuum Stab)來構(gòu)建，也可從已經(jīng)存在的的結(jié)構(gòu)來構(gòu)建，也可從已經(jīng)存在的的結(jié)構(gòu)文檔中引入，還可修正已存在的結(jié)構(gòu)。文檔中引入，還可修正已存在的結(jié)構(gòu)。 注意：注意： CASTEP僅能在僅能在3D周期模型文件基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，必須構(gòu)建超單胞，以便研周期模型文件基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，必須構(gòu)建超單胞，以便研究分子體系。究分子體系。 提示

5、：提示： CASTEP計(jì)算所需時(shí)間隨原子數(shù)平方的增加而增加。因此，建議是用最小的計(jì)算所需時(shí)間隨原子數(shù)平方的增加而增加。因此，建議是用最小的初晶胞來描述體系，可使用初晶胞來描述體系，可使用BuildSymmetryPrimitive Cell菜單選項(xiàng)來轉(zhuǎn)換成初晶胞。菜單選項(xiàng)來轉(zhuǎn)換成初晶胞。 計(jì)算設(shè)置：合適的計(jì)算設(shè)置：合適的3D模型文件一旦確定，必須選擇計(jì)算類型和相模型文件一旦確定，必須選擇計(jì)算類型和相關(guān)參數(shù)，例如，對(duì)于動(dòng)力學(xué)計(jì)算必須確定系綜和參數(shù)，包括溫度，關(guān)參數(shù)，例如，對(duì)于動(dòng)力學(xué)計(jì)算必須確定系綜和參數(shù)，包括溫度，時(shí)間步長和步數(shù)。選擇運(yùn)行計(jì)算的磁盤并開始時(shí)間步長和步數(shù)。選擇運(yùn)行計(jì)算的磁盤并開始C

6、ASTEP作業(yè)。作業(yè)。整理課件 結(jié)果分析：計(jì)算完成后，相關(guān)于CASTEP作業(yè)的文檔返回用戶，在項(xiàng)目面板適當(dāng)位置顯示。這些文檔的一些進(jìn)一步處理要求獲得可觀察量如光學(xué)性質(zhì)。 CASTEP中選擇一項(xiàng)任務(wù)中選擇一項(xiàng)任務(wù)1 從模塊面板(Module Explorer)選擇CASTEPCalculation。2 選擇設(shè)置表。3 從任務(wù)列表中選擇所要求的任務(wù)。 CASTEP能量任務(wù)能量任務(wù) CASTEP能量任務(wù)允許計(jì)算特定體系的總能量以及物理性質(zhì)。 除了總能量之外，在計(jì)算之后還可報(bào)告作用于原子上的力；也能創(chuàng)建電荷密度文件；利用材料觀測(cè)儀(Material Visualizer)允許目測(cè)電荷密度的立體分布；還

7、能報(bào)告計(jì)算中使用的Monkhorst-Park的k點(diǎn)的電子能量，因此在CASTEP分析中可生成態(tài)密度圖。 對(duì)于能夠得到可靠結(jié)構(gòu)信息的體系的電子性質(zhì)的研究，能量任務(wù)是有用的。只要給定應(yīng)力性質(zhì)，也可用于計(jì)算沒有內(nèi)部自由度的高對(duì)稱性體系的狀態(tài)方程(即壓力-體積，能量-體積關(guān)系)。 注意：具有內(nèi)部自由度的體系中，利用幾何優(yōu)化(Geometry Optimization)任務(wù)可獲得狀態(tài)方程。 CASTEP中能量的默認(rèn)單位是電子伏特(eV)，各種能量單位的換算關(guān)系見Mohr.P.J(2000).整理課件1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=96.4853 kJ/mol

8、eCASTEP幾何優(yōu)化任務(wù)幾何優(yōu)化任務(wù) CASTEP幾何優(yōu)化任務(wù)允許改善結(jié)構(gòu)的幾何，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或幾何優(yōu)化任務(wù)允許改善結(jié)構(gòu)的幾何，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或多晶型物。通過一個(gè)迭代過程來完成這項(xiàng)任務(wù)，迭代過程中調(diào)整原多晶型物。通過一個(gè)迭代過程來完成這項(xiàng)任務(wù)，迭代過程中調(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。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)化是基于減小計(jì)算力和應(yīng)力的數(shù)量級(jí)，直到小幾何優(yōu)化是基于減小計(jì)算力和應(yīng)力的數(shù)量級(jí)，直到小于規(guī)定的收斂誤差。也可能給定外部應(yīng)力張量來對(duì)拉應(yīng)力，壓應(yīng)力于規(guī)定的收斂誤差。也可能給定外部應(yīng)力張量來對(duì)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

9、況下反復(fù)迭代內(nèi)部和切應(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 幾何優(yōu)化處理產(chǎn)生的模幾何優(yōu)化處理產(chǎn)生的模型結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)緊密相似。型結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)緊密相似。利用利用CASTEP計(jì)算的晶格參計(jì)算的晶格參數(shù)精度列于右圖。數(shù)精度列于右圖。應(yīng)力張量直到與所施加的外應(yīng)力張量直到與所施加的外部應(yīng)力相等。部應(yīng)力相等。整理課件狀態(tài)方程計(jì)算狀態(tài)方程計(jì)算在所施加靜壓力下幾何優(yōu)化可用于確定材料的體模量B和對(duì)壓力的導(dǎo)數(shù)B=dB/dP。過程包括計(jì)算理論狀態(tài)方程(EOS)，該方程描述單胞體積于外部靜壓力的關(guān)系。工藝非常類似于真實(shí)實(shí)驗(yàn)：使用幾何優(yōu)化對(duì)話框中的應(yīng)力列表將外部壓力固定。通過進(jìn)行幾何優(yōu)化可以找到在此壓

10、力下的單胞體積。隨后的P-V 數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)研究精確一致。描述EOS選擇分析表達(dá)式，其參數(shù)適于計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)。最流行的EOS形式是三階Birch-Murnaghan 方程： 式中V0 為平衡體積。Cohen 等進(jìn)行了EOS各種解析式的的詳細(xì)比較研究。注意：從相應(yīng)實(shí)驗(yàn)中獲得的B和B值依賴于計(jì)算使用的壓力值范圍。利用金剛石壓砧獲得的實(shí)驗(yàn)值通常在0-30GPa范圍內(nèi)，因此推薦理論研究也在這個(gè)范圍內(nèi)。在研究中避免使用負(fù)壓力值也很重要。此外，用于生成P-V 數(shù)據(jù)序列的壓力值可能是不均勻的，在低壓力范圍要求更精確采樣以便獲得體模量精確值。P-V 整理課件幾何優(yōu)化方法幾何優(yōu)化方法 在缺損條件下，CASTEP使用

11、BFGS幾何優(yōu)化方法。該方法通常提供了尋找最低能量結(jié)構(gòu)的最快途徑，這是支持CASTEP單胞優(yōu)化的唯一模式。 衰減分子動(dòng)力學(xué)( Damped molecular dynamics)方法是另一種可以選擇的方法，該方法對(duì)具有平滑勢(shì)能表面的體系如分子晶體或表面分子與BFGS同樣有效。CASTEP動(dòng)力學(xué)任務(wù) CASTEP動(dòng)力學(xué)任務(wù)允許模擬結(jié)構(gòu)中原子在計(jì)算力的影響下將如何移動(dòng)。 在進(jìn)行CASTEP動(dòng)力學(xué)計(jì)算以前，可以選擇熱力學(xué)系綜和相應(yīng)參數(shù)，定義模擬時(shí)間和模擬溫度。選擇熱力學(xué)系綜選擇熱力學(xué)系綜對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律積分允許探索體系恒值能量表面(NVE動(dòng)力學(xué))。然而，在體系與環(huán)境進(jìn)行熱交換條件下發(fā)生最本質(zhì)的現(xiàn)象。使

12、用NVT系綜(或者是確定性的Nos系綜或者是隨機(jī)性的Langevin 系綜)可模擬該條件。整理課件定義時(shí)間步長定義時(shí)間步長(timestep ) 在積分算法中重要參數(shù)是時(shí)間步長。為更好利用計(jì)算時(shí)間，應(yīng)使用大的時(shí)間步長。然而，如果時(shí)間步長過大，則可導(dǎo)致積分過程的不穩(wěn)定和不精確。典型地，這表示為運(yùn)動(dòng)常數(shù)的系統(tǒng)偏差。 注意：量子力學(xué)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算要求比力場動(dòng)力學(xué)使用更小的時(shí)間步長。動(dòng)力學(xué)過程的約束動(dòng)力學(xué)過程的約束 CASTEP支持Langevin NVT或NVE動(dòng)力學(xué)過程的線性約束。然而，借助Material Studio界面可以近似使用以下兩種更基本的約束： 質(zhì)心固定，單個(gè)原子固定 使用seedn

13、ame.cell 文檔可以利用更復(fù)雜的約束。CASTEP性質(zhì)任務(wù) CASTEP性質(zhì)任務(wù)允許在完成能量，幾何優(yōu)化或動(dòng)力學(xué)運(yùn)行之后求出電子和結(jié)構(gòu)性質(zhì)?？梢援a(chǎn)生的性質(zhì)如下： 態(tài)密度(DOS)：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)帶和導(dǎo)帶的精細(xì)Monkhorst-Pack 網(wǎng)格上的電子本征值。 帶結(jié)構(gòu)：利用原始模擬中產(chǎn)生的電荷密度和勢(shì)能，非自恰計(jì)算價(jià)帶和導(dǎo)帶的布里淵區(qū)高對(duì)稱性方向電子本征值。整理課件 光學(xué)性質(zhì)：計(jì)算電子能帶間轉(zhuǎn)變的矩陣元素。CASTEP分析對(duì)話可用于生成包含可以測(cè)得的光學(xué)性質(zhì)的網(wǎng)格和圖形文件。 布局?jǐn)?shù)分析：進(jìn)行Mulliken 分析。計(jì)算決定原子電荷的鍵總數(shù)和角動(dòng)量(以及自

14、旋極化計(jì)算所需的磁矩)。任旋地，可產(chǎn)生態(tài)密度微分計(jì)算所要求的分量。 應(yīng)力：計(jì)算應(yīng)力張量，并寫入seedname.castep 文檔。 如果要進(jìn)行單胞參數(shù)固定時(shí)進(jìn)行幾何優(yōu)化運(yùn)行和要檢查點(diǎn)陣偏離平衡的程度，這些信息是有用的。例如，可進(jìn)行符合于給定體系理論基態(tài)的固定單胞的點(diǎn)缺陷的超晶胞研究。幾何優(yōu)化后的應(yīng)力值顯示了與超單胞近似相關(guān)聯(lián)的彈性效應(yīng)。 注意：為計(jì)算某種性質(zhì)，從適當(dāng)模擬得到的結(jié)果文檔必須以當(dāng)前的文件夾形式出現(xiàn)。整理課件 本指南主要是闡明在Materials Studio當(dāng)中如何運(yùn)用量子力學(xué)來測(cè)定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)。你將從中學(xué)到如何構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)以及如何設(shè)置CASTEP幾何優(yōu)化運(yùn)行和分析結(jié)果。 本指

15、南的內(nèi)容如下： 1構(gòu)建AlAs的晶體結(jié)構(gòu) 2設(shè)置和運(yùn)行CASTEP中的計(jì)算 3分析結(jié)果 4比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)注意注意 如果你的服務(wù)器沒有足夠快的CPU，本指南限制使用CASTEP進(jìn)行幾何優(yōu)化計(jì)算，因?yàn)樗鼤?huì)占用相當(dāng)長的時(shí)間。 整理課件 為了構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)，我們需要知道你想要構(gòu)建的晶體的空間群信息，晶格參數(shù)以及它的內(nèi)部坐標(biāo)。以AlAs為例，它的空間群是F-43m或空間群數(shù)字是216。它有兩種基本元素Al和As ，其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0 0 0)和(0.25 0.25 0.25)。它的晶格參數(shù)為5.6622埃。 第一步是構(gòu)建晶格。在Project explorer的跟目錄上右鍵單擊，選中New | 3D

16、 Atomistic Document。接著在3D Atomistic Document右鍵單擊，把它更名為AlAs。 從菜單中選擇Build | Crystals | Build Crystal，然后顯示出Build Crystal對(duì)話框，如下：整理課件 在在Enter group中選擇中選擇F-43m或在或在Enter group中單中單擊，然后鍵入擊，然后鍵入216，再按下，再按下TAB鍵鍵. .( (空間群信息框中空間群信息框中的信息也隨著的信息也隨著F-43mF-43m空間空間群的信息而發(fā)生變化群的信息而發(fā)生變化 ) ) 選擇選擇Lattice Lattice ParametersP

17、arameters標(biāo)簽，把標(biāo)簽，把a(bǔ) a的的數(shù)值從數(shù)值從10.0010.00改為改為5.6625.662。單擊單擊BuildBuild按鈕。按鈕。 整理課件從菜單欄中選擇Build | Add Atoms。通過它，我們可以把原子添加到指定的位置，其對(duì)話框如下： 在在Add Atoms對(duì)話框中選擇對(duì)話框中選擇Options標(biāo)簽，確定標(biāo)簽，確定Coordinate system為為Fractional。如上。如上所示。選擇所示。選擇AtomsAtoms標(biāo)簽，在標(biāo)簽，在ElementElement文文 整理課件 在Element文本框中鍵入As。在a, b, c文本框中鍵入0.25。按Add按鈕。關(guān)

18、閉對(duì)話框。 原子添加完畢，我們?cè)偈褂脤?duì)稱操作工具來構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)中剩余的原子。這些原子也顯示在鄰近的單胞中。當(dāng)然，我們也可以通過重新建造晶體結(jié)構(gòu)來移去這些原子。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Rebuild Crystal.，按下Rebuild按鈕。在顯示出的晶體結(jié)構(gòu)中那些原子就被移走了。我們可以把顯示方式變?yōu)锽all and Stick。 在模型文檔中右鍵單擊，選擇Display Styles，按下Ball and stick按鈕。關(guān)閉對(duì)話框。 在3D視窗中的晶體結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的單胞，它顯示的是格子的立方對(duì)稱。如果存在的話，CASTEP使用的則是格子的全部對(duì)稱. 既包含有兩

19、個(gè)原子的原胞和包含有8個(gè)原子的單胞是相對(duì)應(yīng)的.不論單胞如何定義，電荷密度，鍵長，每一類原子的總體能量都是一樣的，并且由于使用了較少的原子 ,使計(jì)算時(shí)間得以減少。 整理課件從菜單欄中選擇Build | Symmetry | Primitive Cell。在模型文檔中顯示如下： AlAs的原胞 2設(shè)置和運(yùn)行設(shè)置和運(yùn)行CASTEP中的計(jì)算中的計(jì)算 從工具欄中選擇CASTEP 工具，再選擇Calculation或從菜單欄中選擇Modules | CASTEP |Calculation。CASTEP Calculation對(duì)話框如下： 整理課件下面我們將要優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。把Task改為Geometry

20、 Optimization ，把Quality改為Fine。 優(yōu)化當(dāng)中的默認(rèn)設(shè)置是優(yōu)化原子坐標(biāo).盡管如此,在本例中我們不僅要優(yōu)化原子坐標(biāo)也要優(yōu)化晶格. 按下TaskTask右側(cè)的More.More.按鈕， 選中Optimize CellOptimize Cell。關(guān)閉對(duì)話框.當(dāng)改變QualityQuality時(shí),其他的參數(shù)也會(huì)有所改變來反映QualityQuality的改變。選擇PropertiesProperties標(biāo)簽，可從中指定想要計(jì)算的屬性。選中Band Band structurestructure和Density of statesDensity of states。另外，也可以具

21、體指明job control選項(xiàng)，例如實(shí)時(shí)更新等。選擇Job ControJob Control標(biāo)簽，選中More.More.按鈕。在CASTEP Job CASTEP Job Control OptionsControl Options對(duì)話框中，把UpdateUpdate的時(shí)間間隔改為3030秒。關(guān)閉對(duì)話框。 按下RunRun按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 幾秒鐘之后，在Project ExplorerProject Explorer中出現(xiàn)一個(gè)新的文件，它包含所有的運(yùn)行結(jié)果。一個(gè)工作日志窗口也會(huì)出現(xiàn)，它包含工作的運(yùn)行狀態(tài)。我們也可以從Job Explorer中得到工作運(yùn)行狀況的信息。 整理課件從菜單欄中

22、選擇從菜單欄中選擇View | Explorers | Job ExplorerView | Explorers | Job Explorer。 Job Explorer中所顯示的是與此項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的當(dāng)正在運(yùn)行的工作的狀態(tài)。它所顯示的有用信息有服務(wù)器和工作識(shí)別數(shù)字。如果需要的話，我們也可以通過Job Explorer來終止當(dāng)前工作的運(yùn)行。 在工作運(yùn)行中，會(huì)有四個(gè)文檔打開，它們分程傳遞關(guān)于工作狀態(tài)的信息。這些文檔包括顯示在優(yōu)化過程中模型更新時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)，傳遞工作設(shè)置參數(shù)信息和運(yùn)行信息的狀態(tài)文檔，總體能量圖和能量、力、應(yīng)力的收斂以及起重復(fù)數(shù)作用的位移。 工作結(jié)束時(shí)，這些文件返還給用戶。但是由于某個(gè)文

23、件可能很大，也許要耗費(fèi)教長的時(shí)間。 3 分析結(jié)果分析結(jié)果當(dāng)我們得到結(jié)果是，可能包含數(shù)個(gè)文檔，它們有：(1) AlAs.xsd(1) AlAs.xsd最終優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 (2) AlAs Trajectory.xtd(2) AlAs Trajectory.xtd軌線文件，包含每一個(gè)優(yōu)化步驟后的結(jié)構(gòu)。 整理課件(3) AlAs.castep(3) AlAs.castep 一個(gè)輸出文本文檔，包含優(yōu)化信息。(4) AlAs.param(4) AlAs.param 輸入模擬信息。 對(duì)于任一個(gè)屬性的計(jì)算，都會(huì)包含有* *.param.param和* *.castep.castep文檔。 運(yùn)算完畢后，輸出結(jié)果如

24、下： 其中，第四行的文檔為其中，第四行的文檔為AlAs.xsdAlAs.xsd既最終的既最終的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。其中第十行為優(yōu)化結(jié)構(gòu)。其中第十行為AlAs.castepAlAs.castep文文檔。檔。 在在Project Explorer中，單擊中，單擊AlAs.castep把把它擊活。在菜單欄中選擇它擊活。在菜單欄中選擇Edit | Find.，在，在文本框中鍵入文本框中鍵入converged。按下。按下Find NextFind Next按鈕。重復(fù)按下按鈕。重復(fù)按下Find NextFind Next按鈕，直到完按鈕，直到完成搜索文件的對(duì)話框出現(xiàn)。在成搜索文件的對(duì)話框出現(xiàn)。在FindFind對(duì)話

25、框?qū)υ捒蛑校聪轮校聪翺kOk和和CancelCancel按鈕。按鈕。 整理課件4比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu) 從我們最初創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)單元可以得知，晶格長度應(yīng)為5.662埃。所以我們可以比較最小化后的晶格長度和初始時(shí)的實(shí)驗(yàn)長度。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)長度是基于常規(guī)的單元，而非原胞。所以我們需要我們所創(chuàng)建的單元。 雙擊AlAs.xsd文件，把它擊活。從菜單欄中選擇Build | Symmetry | Conventional Cell。 在屏幕上顯示出常規(guī)的單元。有數(shù)種方法可以觀測(cè)出晶格常數(shù)，但最簡單的方法是打開Lattice Parameters對(duì)話框。 在模型文檔單擊右鍵，選擇Latt

26、ice Parameters。 其點(diǎn)陣矢量大約為5.629，誤差為-0.6%。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，這個(gè)誤差在贗勢(shì)平面波方法所預(yù)期的誤差1%2%之內(nèi)。在繼續(xù)下面的操作之前，先保存項(xiàng)目，再關(guān)閉所有窗口。 在菜單欄中選擇File | Save Project，然后選擇Windows | Close All。 可視化電荷密度可視化電荷密度 :從CASTEP Analysis工具中得電荷密度。 從工具欄選擇CASTEP ，然后選擇Analysis或從菜單欄選擇Modules | CASTEP | Analysis，再選中Electron density選項(xiàng)。此時(shí)，會(huì)有一條信息“no results fil

27、e is availableno results file is available”，所以我們需要指整理課件明結(jié)果文件。在Project Explorer中雙擊AlAs.castep.。 在Project Explorer中雙擊AlAs.xsd。從菜單欄中選擇Build | Symmetry | Primitive Cell。然后按下Import按鈕。結(jié)果如下 : AlAs的電子密度等能面 整理課件 在這兒，我們可以改變各種設(shè)置。 在Iso-value中鍵入0.1，按下TAB鍵。注意等能面如何改變。 把Transparency滑塊移到右端。當(dāng)移動(dòng)透明度滑塊是，表面變的更加透明。 在文檔中移動(dòng)

28、鼠標(biāo)，旋轉(zhuǎn)模型。當(dāng)模型旋轉(zhuǎn)時(shí)，增加旋轉(zhuǎn)速度會(huì)使等能面以圓點(diǎn)的形式顯示出來。從Display Style中，我們也可以移去等能面。 勾去Visible選項(xiàng)，關(guān)閉對(duì)話框。 態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu) 我們可以通過Analysis工具來顯示態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的信息。能帶圖顯示的是在布里淵區(qū)中K矢量沿著高對(duì)稱性方向上的電子能量依賴度。這些圖給我們提供了非常有用的工具，讓我們可以對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析例如，它使我們很容易就可以識(shí)別D態(tài)和F態(tài)的窄帶，與其對(duì)立的是近自由電子形成的能帶即與S態(tài)和P態(tài)相對(duì)應(yīng)的能帶。 DOS和PDOS圖提供了物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)圖象，有時(shí)它直接與實(shí)驗(yàn)室的分光鏡結(jié)果有關(guān)。

29、CASTEP主要的輸出文件AlAs.castep，它所包含的能帶結(jié)構(gòu)和整理課件 態(tài)密度信息是有的，更加詳細(xì)的信息包含在AlAs_BandStr.castep文檔中。 打開Analysis對(duì)話框，選擇Band structure.AlAs_BandStr.castep文件是自動(dòng)選上，在次對(duì)話框中，我們可以選擇在一個(gè)圖表文件中同時(shí)顯示態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)。 注意：我們也可以分別分析態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)，然后把它們的圖形文檔分別顯示出來。 在DOS區(qū)域，選中Show DOS檢驗(yàn)欄。按下View按鈕。生成一個(gè)包含態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的圖表文件。 我們也可以使用CASTEP來計(jì)算許多其它的屬性，例如反射率和非導(dǎo)電性

30、函數(shù)等。 END整理課件目的：目的：介紹用CASTEP如何計(jì)算表面上的吸附能。模塊模塊：CASTEP，Materials Visualizer 背景知識(shí)：Pd的表面在許多催化反應(yīng)中都起著非常重要的作用。理解催化反應(yīng)首先是弄清楚分子是如何與這樣的表面相結(jié)合的。在本篇文章中，通過提出下列問題，DFT(二維傅立葉變換)模擬有助于我們的理解：分子趨向于吸附在哪里？可以有多少分子吸附在表面？吸附能是什么？它們的結(jié)構(gòu)像什么？吸附的機(jī)制是什么？ 我們應(yīng)當(dāng)把注意力集中于吸附點(diǎn),既短橋點(diǎn)，因?yàn)楸娝苤鞘走x的能量活潑點(diǎn)。而且覆蓋面也是確定的(1ML)。在1ML覆蓋面上CO分子互相排斥以阻止CO分子垂直的連接在

31、表面上。考慮到(1x1)和(2x1)表面的單胞，我們將要計(jì)算出這種傾斜對(duì)化學(xué)吸收能的能量貢獻(xiàn)。 緒論緒論:在本指南中，我們將使用CASTEP來最優(yōu)化和計(jì)算數(shù)種系統(tǒng)的總體能量。一旦我們確定了這些能量，我們就可以計(jì)算CO在Pd(110)面上的化學(xué)吸附能。 整理課件本指南包括：1準(zhǔn)備項(xiàng)目2最優(yōu)化Pd3構(gòu)造和優(yōu)化CO4構(gòu)造Pd(110)面5RELAXING Pd(110)面6添加CO到1x1 Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)7設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面 8分析能量 9分析態(tài)密度 1準(zhǔn)備項(xiàng)目準(zhǔn)備項(xiàng)目 整理課件 本指南包含有五種明顯不同的計(jì)算。為便于管理項(xiàng)目，我們先在項(xiàng)目中準(zhǔn)備五個(gè)子文件夾。 在Proje

32、ct Explorer的根圖標(biāo)上右鍵單擊，選擇New | Folder。再重復(fù)此操作四次。在New Folder上右鍵單擊，選擇Rename，鍵入Pd bulk。在其它的文件上重復(fù)此操作過程，把它們依次更名為Pd(110)，CO molecule，, (1x1) CO on Pd(110)，和 (2x1) CO on Pd(110). 2 2最優(yōu)化最優(yōu)化bulk Pd Materials Studio所提供的結(jié)構(gòu)庫中包含有Pd的晶體結(jié)構(gòu)。 在Project Explorer中，右鍵單擊Pd bulk文件夾并且選擇Import.，從Structures/metals/pure-metals中導(dǎo)入

33、Pd.msi。 顯示出bulk Pd的結(jié)構(gòu)，我們把顯示方式改為Ball and Stick。在Pd 3D Model document中右鍵單擊，選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽中選擇Ball and Stick，關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在使用CASTEP來優(yōu)化bulk Pd。 從工具欄中選擇CASTEP ，再選擇Calculation或菜單欄中選擇Modules | CASTEP | Calculation。 CASTEP對(duì)話框如下： 整理課件 把Task從Energy改為Geometry Optimization，按下More.按鈕，在 CASTEP Geometry Optimi

34、zation對(duì)話框中選中Optimize Cell選項(xiàng)。按下Run鍵。出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)換為原胞的信息框，按下yes。 工作遞交后，開始運(yùn)行?，F(xiàn)在我們應(yīng)該進(jìn)行下一步操作，構(gòu)造CO分子。當(dāng)工作結(jié)束后，再返回此處，顯示晶格參數(shù)。工作完成后，我們應(yīng)保存項(xiàng)目。 選擇File | Save Project，然后再從菜單欄選擇Window | Close All。在Project Explorer中打開位于Pd CASTEP GeomOpt文件夾中的Pd.xsd。顯示的即為Pd優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。 在3D Model document中單擊右鍵，選中Lattice Parameters。其晶格參數(shù)大約為3.91 ，

35、而其實(shí)驗(yàn)植為3.89 。 3構(gòu)造和優(yōu)化構(gòu)造和優(yōu)化CO CASTEP只能處理周期性的體系。為了能夠優(yōu)化CO分子的幾何結(jié)構(gòu)， 整理課件我們必需把它放入晶格點(diǎn)陣中。 在Project Explorer中，右鍵單擊on CO molecule，選擇New | 3D Atomistic Document.在3D Atomistic Document.xsd上右鍵單擊，選中Rename。鍵入CO，按下RETURN鍵。 現(xiàn)在顯示的是一個(gè)空3D模型文檔。我們可以使用Build Crystal工具來創(chuàng)建一個(gè)空晶格單元，然后在上面添加CO分子。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Cr

36、ystal，再選中Lattice Parameters標(biāo)簽，把每一個(gè)單元的長度a, b, 和 c改為8.00，按下Build按鈕。在3D模型文檔中顯示出一個(gè)空單元。 從菜單欄選擇Build | Add Atoms。 CO分子中C-O鍵的鍵長實(shí)驗(yàn)值是1.1283 。通過笛卡兒坐標(biāo)系來添加原子，我們可以精確的創(chuàng)建此種鍵長的CO分子。 在Add Atoms對(duì)話框中，選擇Options標(biāo)簽，確定Coordinate system為Cartesian。然后選中Atoms標(biāo)簽，按下Add按鈕。 在Add Atoms對(duì)話框中，把Element改為O，x 和 y的坐標(biāo)值依然為0，把z的坐標(biāo)值改為1.1283。

37、按下Add按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在我們準(zhǔn)備優(yōu)化CO分子。 整理課件從工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 先前計(jì)算時(shí)的設(shè)置依然保留著。盡管如此，我們此次計(jì)算不需要優(yōu)化。 在Setup標(biāo)簽中，按下More.按鈕。勾去Optimize Cell選項(xiàng)。關(guān)閉對(duì)話框。選擇Electronic標(biāo)簽，把k-point set由Medium改為Gamma。 選擇Properties標(biāo)簽，選中Density of states。把k-point set改為Gamma，勾選Calculate PDOS選項(xiàng)。按下Run按鈕。 計(jì)算開始，我們可以進(jìn)行下一步操作。 4構(gòu)造構(gòu)造Pd(110)面

38、面 下面我們將要用到從Pd bulk中獲得的Pd優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 從菜單欄中選擇File | Save Project，然后在選中Window | Close All。在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文檔中打開Pd.xsd。 創(chuàng)建表面分為兩個(gè)步驟。第一步是劈開表面，第二步是創(chuàng)建一個(gè)包含表面的真空板。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface，把the Cleave plane (h k l)從( (-1 0 0) )改為( (1 1 0) )，然后按下TAB鍵。把Fractional Thickness 增加到1.5，按下Cleave按鈕，關(guān)

39、閉對(duì)話框。 此時(shí)，顯示出一個(gè)包含有二維周期性表面的全新的三維模型文檔。 整理課件盡管如此，CASTEP要求有一個(gè)三維周期性的輸入體系。我們可以Vacuum Slab工具來獲得。 在菜單欄中選擇Build | Crystals | Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為8.00。按下Build鍵。 則結(jié)構(gòu)由二維變成三維，把真空添加到了原子上。在繼續(xù)下面的操作前，我們要重新定位一下格子。我們應(yīng)該改變格子的顯示方式并且旋轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)，使屏幕上的Z軸成豎直狀。 在3D model document中單擊右鍵，選擇Lattice Parameters選項(xiàng)。選擇Advanc

40、ed標(biāo)簽，按下Reorient to standard按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 在3D model document中單擊右鍵，選擇在Display Style。然后選中Lattice標(biāo)簽，在Display中，把Style從Default改為改為Original，關(guān)閉對(duì)話框。 按下Up 指針鍵兩次，三維模型文檔如右所示： 把Z坐標(biāo)最大值所對(duì)應(yīng)的Pd原子稱為最高層Pd原子。 在本指南的稍后部分，我們要求知道原子層間的距離do，我們可以通過計(jì)算原子坐標(biāo)來得到。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Properties Explorer，選擇FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.

41、5 的Pd原子。注意從XYZ屬性中所獲得的Z的坐標(biāo)值。 整理課件Z的坐標(biāo)值應(yīng)為1.386 ，此既為原子層間的距離。 注意：一個(gè)fcc(110)體系，do 可通過下列公式得到： . 在釋放表面之前，如果僅僅是只需要釋放表面，我們必需要束縛住Pd原子。 按住SHIFT鍵選中所有的Pd原子，不包括最高層的Pd原子。從菜單欄中選中Modify | Constraints，勾選上Fix fractional position。關(guān)閉對(duì)話框。 則剛才所選中的原子已經(jīng)被束縛，我們可以通過改變顯示的顏色來看到它們。 在3D模型文檔中單擊以取消所選中的原子。右鍵單擊選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽

42、的Coloring部分，把Color by選項(xiàng)改為Constraint。3D模型文檔顯示如右： 把Color by選項(xiàng)再改為Element，關(guān)閉對(duì)話框。從菜單欄中選擇File | Save As.，把它導(dǎo)引到Pd(110)文件夾中，按下Save按鈕。對(duì)(1x1) CO on Pd(110)文件夾也重復(fù)此操作，但是這一次把文檔的名字改為(1x1) CO on Pd(110)。再選擇File | Save Project，然后再選擇Window | Close All。 整理課件5釋放釋放Pd(110)面面 現(xiàn)在我們最優(yōu)化Pd (110)表面。 在Project Explorer的Pd (110)

43、文件夾中打開Pd(110).xsd。從工具欄中選中CASTEP 工具，然后選擇Calculation。按下More.按鈕，確定Optimize Cell沒有被選中。關(guān)閉對(duì)話框。 為了維持我們想要完成的計(jì)算的連貫性，我們應(yīng)該更改Electronic標(biāo)簽中的一些設(shè)置。 選擇Electronic tab標(biāo)簽，然后按下More.按鈕。從CASTEP Electronic Options對(duì)話框中選擇Basis標(biāo)簽，勾選上Use custom energy cut-off并且把域植從260.0改為300.0。選擇k-points標(biāo)簽，勾選上Custom grid參數(shù)。在Grid parameters域中，

44、把a(bǔ)改到3，b改到4，c改到1。關(guān)閉對(duì)話框。 我們還應(yīng)該計(jì)算此體系的態(tài)密度。 選擇CASTEP Calculation對(duì)話框中的Properties標(biāo)簽，選中Density of states。勾選上Calculate PDOS，把k-point set改為Medium。 按下Run按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 計(jì)算的運(yùn)行會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間，我們可以最后做分析。我們現(xiàn)在整理課件可以構(gòu)建下一組表面。 從菜單欄中選擇File | Save Project，然后選擇Window | Close All。 6添加添加CO到到1x1Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu) 我們要使用在(1x1) Co on Pd(1

45、10)文件中的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行下面的工作。 在Project Explorer中，打開(1x1) Co on Pd(110)文件中的(1x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在在short bridge position上添加CO分子。我們要利用的依據(jù)是：CO 在 Pd(110)上的鍵長已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)所獲得。CO在Pd(110)的yz平面上的幾何結(jié)構(gòu) 右圖中陰影線原子在格子中不顯示：Original display mode。 第一步是添加碳原子。Pd-C鍵的鍵長(用dPd-C表示)應(yīng)為1.93 。當(dāng)我們使用Add Atom 工具時(shí)，我們即可以使用笛卡兒坐標(biāo)也可以使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，但在本例當(dāng)中，

46、我們應(yīng)該使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)xC, yC, 和zC。xC, yC非常簡單，xC =0，yC =0.5。盡管如此，zC比較困難。我們可以通過zPd-C 和zPd-Pd二者之間的距離來構(gòu)造它。 整理課件zPd-C可從公式 得到(它應(yīng)為1.35 )。 zPd-Pd可以由晶格參數(shù)a0除以2得到(它應(yīng)為2.77 )。 把zPd-C 和 zPd-Pd相加可獲得zC(它應(yīng)為4.12 )?，F(xiàn)在我們把距離改為分?jǐn)?shù)長度，可以通過晶格參數(shù)(Lattice parameters)工具得到。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Lattice parameters。注意c的值。 為了計(jì)算z的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，我們僅需要用晶格參數(shù)c除以zC(

47、結(jié)果為0.382 )。 從菜單欄中選擇Build | Add Atoms，然后選中Options標(biāo)簽。確保Coordinate system為Fractional。選擇Atoms標(biāo)簽，把，把 Element 改為改為 C。把。把a(bǔ)改為0.0，b為0.5，c為0.382。按下Add按鈕。 如果我們想確認(rèn)我們已經(jīng)正確的設(shè)置了模型，可以使用Measure/Change工具。 單擊工具欄中Measure/Change工具 的選項(xiàng)箭頭，然后選擇Distance。在Pd-C鍵上單擊。 下一步是添加氧原子。 在Add Atoms對(duì)話框中，把Element改為O。 在實(shí)驗(yàn)中，C-O鍵的長度為1.15 。在分?jǐn)?shù)

48、坐標(biāo)中它為0.107，把這個(gè)值添加到碳的z分?jǐn)?shù)坐標(biāo)上( (0.382) )，氧的z坐標(biāo)值為0.489。 整理課件把c的域值改為0.489，按下Add按鈕。關(guān)閉對(duì)話框。 Pd最原始的對(duì)稱性是P1，但隨著CO的添加它以改變。我們可以通過Find Symmetry工具來找到其對(duì)稱性和強(qiáng)加對(duì)稱性(Impose Symmetry)。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具 ，按下Find Symmetry按鈕，隨后按下Impose Symmetry按鈕。對(duì)稱性為PMM2。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Display Style。選中Lattice標(biāo)簽，把Style改為Default。 結(jié)構(gòu)如右所

49、示： 在優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)之前，我們先把它保存到(2x1) CO on Pd(110)文件夾中。 從菜單欄中選擇File | Save As.，引導(dǎo)到(2x1) CO on Pd(110)文件。把文檔保存為(2x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在可以優(yōu)化結(jié)構(gòu) 。 從菜單欄中選擇File | Save Project ，然后選擇Window | Close All。在Project Explorer中，打開(1x1)CO on Pd(110)文件夾中的(1x1)CO on Pd(110) .xsd。從工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 整理課件從先前的計(jì)算中

50、得到的參數(shù)應(yīng)當(dāng)保留。 按下Run按鈕。 在運(yùn)行過程中，我們進(jìn)行最后結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。 7設(shè)置和優(yōu)化設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面面 第一步是打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的3D模型文檔。 在Project Explorer中，打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的(2x1) CO on Pd(110).xsd。 這就是當(dāng)前的1x1單元，我們需要使用Supercell工具把其變?yōu)?x1單元。 從菜單欄中選擇Build | Symmetry | SuperCell，把b增加到2，按下Create Supercell按鈕。關(guān)閉對(duì)話框。其結(jié)構(gòu)看起來如右： (2x1) Ce

51、ll of CO on Pd(110) 現(xiàn)在我們使CO分子傾斜。 為了簡化此操作, 定義位于 y=0.5處的分子為 A分子，位于y=0.0 處的分子為B分子。 選擇B分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，從X域中減去0.6。 對(duì)于B分子的氧原子重復(fù)此操作，但從X域中減去1.2。 整理課件 選擇A分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，在X域中增加0.6。對(duì)于A分子的氧原子重復(fù)此操作，但在X域中增加1.2。分子的X軸向下的視圖如右： 盡管如此，我們應(yīng)注意到Pd-C和C-O鍵長的最初值已經(jīng)改變。 選中A分子的碳原子，使用Prop

52、erties Explorer，把FractionalXYZ屬性中Z的域值改為0.369。對(duì)B分子重復(fù)上述操作。 此操作在于更正Pd-C的鍵長。我們可以使用Measure/Change工具來更正C-O鍵長。 在工具欄中單擊Measure/Change工具 的選項(xiàng)箭頭，選中Distance。單擊A分子的C-O鍵，在工具欄中選擇3D Viewer Selection Mode工具 ，選擇監(jiān)視窗口(既3D Atomistic Document)。在Properties Explorer中，改變Filter to Distance。把Distance屬性改為1.15 。對(duì)B分子重復(fù)此操作。 現(xiàn)在重新計(jì)

53、算此體系的對(duì)稱性。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具，按下Find Symmetry按鈕，隨后再按下Impose Symmetry按鈕。整理課件現(xiàn)在它的對(duì)稱性是PMA2。下面我們來優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。 從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Calculation。 對(duì)于本次計(jì)算，我們需要改變k點(diǎn)的格子參數(shù)，這樣我們可以比較本次計(jì)算和上次計(jì)算的能量值。 選中CASTEP Calculation對(duì)話框中的Electronic標(biāo)簽，按下More.按鈕。選擇k-points標(biāo)簽，把Custom grid parameters改為：a = 2, b = 3, c = 1。關(guān)閉對(duì)話框，按下Ru

54、n按鈕。 計(jì)算開始。計(jì)算結(jié)束后，在下面的內(nèi)容中我們需要詳細(xì)的摘錄整個(gè)體系的能量。我們可以進(jìn)行下一步，摘錄先前計(jì)算的能量。 8 8分析能量分析能量 在這一部分，我們將要計(jì)算化學(xué)吸收能DEchem，定義如下： 允許CO分子依著彼此傾斜，然后減低分子的自我排斥力，會(huì)導(dǎo)致能量的增加。排斥能可從下面的公式得到： 為計(jì)算這些屬性，我們需要從CASTEP的文本輸出文檔中摘錄每一次模擬的整個(gè)能量。 整理課件在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.cst。按下CTRL+F鍵，搜索Final electronic.。向下滑動(dòng)數(shù)行，在下面的

55、表格中記錄下出現(xiàn)在“TOTAL ENERGY IS”此行之后的數(shù)值。重復(fù)此操作，找到其它體系的整個(gè)能量，完成下面的表格。如果獲取了所有的能量值，使用上面的等式很簡單便可計(jì)算出DEchem and DErep。他們的數(shù)值大約分別為1.9eV和72MeV。 9 9分析態(tài)密度分析態(tài)密度 下面我們要檢查態(tài)密度(DOS)的改變。這會(huì)使我們對(duì)CO在Pd(110).上的連接機(jī)制有更深入的了解。為了做到這一點(diǎn)，我們需要顯示孤立的CO分子和(2x1) CO 在Pd(110)上的態(tài)密度。 在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.xsd。

56、從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Analysis，選中Density of states，選上Partial，不選f 和sum，但其他的選項(xiàng)都保持原先的狀態(tài)。按下View按鈕 。整理課件顯示出CO分子PDOS的圖表文檔。如右：對(duì)(2x1) CO on Pd(110).xsd重復(fù)上面的操作。 PDOS of (2x1) CO on Pd(110) PDOS of CO molecule 很明顯，孤立的CO分子的電子態(tài)大約在-20eV, -5eV 和 -2.5eV，比CO約束在表面時(shí)的能量要低一些。 整理課件 背景 探索任一反應(yīng)的勢(shì)能面需要反應(yīng)過程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量(或動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué))的

57、快照。尤其重要的是決定反應(yīng)速度的步驟，它常常涉及到?jīng)Q定著另人難以捉摸的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。有許多技術(shù)被用來尋找過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，其中非常出名和有效的是(Linear Synchronous Transit )LST 和(Quadratic Synchronous Transit)QST方法。 本指含蓋內(nèi)容如下： 1 設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu) 2 優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu) 3 定義原子配對(duì) 4 使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài) 1 設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu)設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)建Pd (1 1 1)表面，先導(dǎo)入Pd晶體結(jié)構(gòu)。 從菜單欄中選擇File | Import。在structures/metals/pure-metals中選擇Pd.m

58、si。 現(xiàn)在更改此結(jié)構(gòu)的顯示方式。 在Pd.xsd中單擊右鍵，選中Display Style。從Atom標(biāo)簽的顯示方式列表中選擇Ball and Stick。關(guān)閉對(duì)話框。 整理課件Materials Visualizer中的Cleave Surface工具允許我們劈開任一個(gè)大塊晶體的表面。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface。 Cleave Surface的對(duì)話框如右： 把Cleave plane中的米勒指數(shù)從(-1 0 0)改為(1 1 1)。把Fractional Depth設(shè)置為2.0。按下Cleave按鈕。 選擇Surface Mesh標(biāo)簽

59、，設(shè)置表面向量U為0.5 -1 0.5，然后按下TAB鍵。再設(shè)置表面向量V 為0.5 0.5 -1，然后按下TAB鍵。關(guān)閉對(duì)話框。 于是打開了一個(gè)包含2D周期性表面的新的3D模型文檔。盡管如此，CASTEP需要一個(gè)作為輸入的3D周期性體系。我們可以使用Vacuum Slab工具獲得它。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為7.00。按下Build按鈕。 此結(jié)構(gòu)從二唯周期性變成三唯周期性結(jié)構(gòu)，在原子上添加了一層真空。我們可以移去單胞底部的對(duì)稱性圖形 ，對(duì)稱性圖形同時(shí)也出現(xiàn) 整理課件在晶胞的上部。

60、 從菜單欄中選擇Build | Bonds，在Bonding Scheme標(biāo)簽中勾選上Monitor bonding。關(guān)閉對(duì)話框。在Pd (1 1 1).xsd中右鍵單擊，選中Display Style，選擇Lattice標(biāo)簽，把Style 設(shè)置為In Cell。最后，再把Style 設(shè)置為Default。關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在我們可以使用已經(jīng)建造好的Pd (1 1 1)面去構(gòu)造與反映物所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。Pd (1 1 1)面如下所示： 從菜單欄中選中File | New，選擇3D Atomistic Document。當(dāng)出現(xiàn)提示時(shí)，保存對(duì)Pd (1 1 1).xsd所坐的修改。一個(gè)新的空文檔出現(xiàn)。選