materials-studio-学习整理知识点.doc

1、castep是用平面波赝势展开波函数，dmol是通过原子轨道的线性组合来处理（castep用的是基于平面波赝势的方法，而dmol是基于分子轨道理论的方法）
castep算周期性结构的体系，DMol 适合于分子，团簇，分子筛，分子晶体，聚合物等开放结构。也就是说对空体积较大的晶体，原子轨道在稀填充体系（原子、分子、团簇、低维周期体系、沸石...）的计算上比平面波有优势。
CASTEP是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序，总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分,各部分能量都可以表示成密度函数。适用于范围很大的一类固体材料、界面以及表面的性质。基于总能量的平面波赝势理论,研究的内容包括:结构对称性、晶格参量、键长键角、能带结构、态密度、布局数、光学性能等。
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，他也可以被應用在以超晶格建力起來的缺陷表面介面與分子
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
默认条件下,CASTEP使用得是BFGS几何优化方法,即拟牛顿算法
Castep的几何优化过程的本质是期望利用一个迭代过程来完成优化任务,在进行迭代的过程 中, 通过调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。CASTEP几何优化的核心是通过不断的减小计算力和应力的数量级直至小于所规定的收敛误差。当 然,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
Castep默认的能量单位是电子伏特ev，换算关系为1eV=0.036749308Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/m

2、Energy cutoff 截断能
SCF tolerance：迭代标准，就是每两部之间算完的标准（ SCF：就是 自洽场self consistent field，解薛定谔方程时在开始并不知道波函数，从而也无法获得所需要的电子密度；因此可以先用一个解进行迭代运算，直到最后达到所需要的结果）
K point set: K点设置（布里渊区的点数选择，就像你选样本来看产品的合格率一样，选的多就会慢，但会更准确一些）
3、建模时加入杂质原子的方法：
方法一：用鼠标点上将要被取代得原子（点上后原子颜色将变成黄色），在窗口的右边属性栏中，将会显示这个原子的相关属性，并告诉你这个原子的元素种类（比方是Al 吧），然后点这个元素种类Al，将出现一个元素周期表，选择你要掺杂得原子，确定就可以了！
方法二：建立完没有掺杂的晶胞后,选supercell,然后再选择要替换的原子,进行掺杂.如果不把晶胞的对称性改为supercell就不能改变其中的一个原子,而是由于对称性把同一元素的所以原子改变了
4、（1）castep建立晶体的模型步骤：
build/build crystal,弹出对话框，然后按照晶格参数填入。这个时候要选择空间群（group这个选项），这里注意，在开始建立的时候要填入的是晶格参数，也就是a，b,c。然后添加原子，添加原子的时候要填入的是每个元素对应的坐标，也就是x,y,z，进行到这里，初步的结构就出来了。然后要点build/crystal/rebuildrystal；这样，图形就整洁了很多。按照教程所说，还要点build/symmetry/primitivecell
注意事项：已经知道其晶格参数这点重要啊，开始不了解需要知道这个参数，走了一些弯路）。开始构建的时候犯了个错误，在add atom的时候没有注意弹出的对话框里有个Option 选项，里面有个坐标要选分数坐标。这里也要注意。
（2）采用DMOL3建模的基本步骤：
第一种情况:从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞打开MS，由file>import>structures>metals\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。由build >Surfaces > cleave Surfaces打开对话框。在对话框中输入要建立的晶面（hkl），选择 position，其中depth 控制晶面层数。进入build>Supercell，输入A 、B 、C的值，得到想要的超晶胞。到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。如果要做周期性计算，则应选择build>Crystals>build vaccum slab，其中真空层通常选择10 埃以上。如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodicStructure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要的团簇模型。在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。
第二种情况: 手动建模，优点是可控制晶格常数。首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。打开build>Crystals>buildcrystals，可见到对话框。在对话框中选择空间群与点群，然后在Lattice Parameter中设置晶胞基矢的长度及夹角。然后打开build>Add atom，从对话框中输入坐标。这里只需输入几个有代表性的原子的坐标，不必全部输入。在坐标输入前首先在option页面中选择coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。以下步骤重复2-5步。需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。原因是很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。要避免这个问题的办法是查阅文献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。

5、 Electronic>More>SCF里的Use smearing。这个关键字有助于加快收敛，但是设的多大往往会产生错误的结果，它也相当于允许的误差范围
6、 画苯环最简单的方法是：Alt+六元环画笔。第二种方法就是先画一个六元环，再按住Shift 键选中六个环单键，将其改为partial double bond
7、 用demolJ计算分子轨道怎么看HUMO,LUMO图，其中的黄色蓝色代表什么?
答：dmol计算的时候选择properties里面的orbitals把homo和lumo选上然后计算，算完以后打开analysis对话框选择orbitals，就看到你算的homo和lumo了，然后import就在模型中可以看见homo和lumo了
8、如何在半导体上建金属表面？
用ms里面的layer builder构建界面，基底为半导体，半导体上长金属层是通过layer builder构建的
9、请教各位一个问题，在MS的Dmol3下计算能量，在分析里查看HOMO和LUMO轨道的电子云的计算结果时，有两种颜色，默认的是黄色和蓝色。这种颜色的不同代表什么意思？
还有一般用HOMO和LUMO轨道的电子云说明什么问题啊？我看很多文献说什么(π-π)派-派跃迁就是3.1415926所代表的那个希腊字母这里不知道怎么输入。还有（σ-σ)西格玛-西格玛等等，学习化学的人应该能够了解，可以从这上面看出来吗？
答： A、其实两种颜色的电子云不是代表homo和lumo的，只是说这个地方波函数是正号还是负号。因为对于电子云来说，其实是波函数的平方，这个地方为了区别波函数的正负号，所以引进了两种颜色的电子云
B、在分子进行反应时，最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）其有特别重要的作用。分子轨道对称性守恒原理认为：在反应过程中，当有反应物分子轨道转变成产物的分子轨道时，其对称性始终保持不变，即始终都属于同一个不可约表示。如果反应物基态的分子轨道变成的是产物的基态的分子轨道，那么反应就是热允许的。（意即温和加热就可进行）如果变成的是激发态的分子轨道，就是热禁阻的（意即不可能用温和加热的方法促其进行）。如果反应物受光激发后由电子占据的分子轨道（激发态轨道）转变成产物的基态分子轨道，这一过程就是光允许的（意即用适当的光照就可使其进行）。若转变成产物的更高激发态分子轨道，就是光禁阻的（意即无法用光照促其进行）。

10、固溶体的掺杂方法

11、 castep性质计算结果

12、 检查是否收敛成功

13、能带图分析
能带图显示的是在布里渊区中K矢量沿着高对称性方向上的电子能量依赖度
能带图中费米能级被分配的值为0
检查在费米能级上的能态数目，也就是Energy = 0的点。绝缘体将有明显的间隙，而导体会有许多态，在这里的曲线是典型的半导体。注意，你可以看到从每个典型轨道产生许多态。
扩展周期系统的特点是其能带，这与分子系统中的轨道特征值相类似。与轨道特征值不同的是，在晶胞中在不同的点能带的能量是不同的。能带可以在晶胞的倒易空间中被描绘出来。实际上，在倒易空间中有少数对称性唯一的方向，这样描述能带的特征只需要有限数目的点。通过观察在不同点上能带之间的能隙，可能得出有关材料性质的结论，如材料是绝缘体、导体还是半导体等。
另一个描述材料电子结构特征的方法是通过态密度(DOS)，DOS在每个能量范围内计算能级的相对数量。在分子中有截然不同的能量特征值，所以严格来说，DOS在某些位置具有值1，在其它地方具有值0。对一个晶体，相比之下，能级是一个连续体，具有能量范围之间的大约的能量值。检查DOS也允许你查看一个系统是导体还是绝缘体，另外，局部态密度(PDOS)允许你根据个别的原子轨道s、p、d或者f来描述DOS的特点

14、 态密度分析

15、 ms中给晶体加压

16、 几何优化中几个参数意义