第六讲第一原理计算方法简介及Materials Studio中Castep使用
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unit_MS_quick-start打開 Materials Sautio,它會問是要開始一個新的 project 還是要打開一個前次的 project。
如果是第一次用的話要選開啟新的 project ,如果一旦這樣回答的話,它還問你是什麼 project,那我們就給它一個 project 的名稱。
我們現在要以氯化鈉為例,你可以給任何名稱,但是我現在要以 NaCl 為名稱。
一開始進來要先介紹幾個重要的視窗,它們關係到我們進行模擬計算時所會處理及操作到的對象。
姑且可以分為這三類:一、進行計算的工作,己跑完的、正在跑的都算;二、計算工作總是有各有些不同的輸入與輸出檔案,我們經常會需要審視結果、修改輸出入的相關設定;三、材料的原子及電子結構 3D 模型帶有很多我們想要知道之關於這個材料的物性資料,例如晶體的晶胞邊長、原子的元素種類等等。
從 Veiw 的 Explorer ,它有三個 Explorer,job Exploroer、project exploroer、property explorer 。
job explorer 的開跟關是這樣按一次它就開起來。
這個是你跑什麼 job 近端遠端它都可以顯示,跑完了沒有、要不要把它移除等等,在這邊都可以操作,有很多 job 的時候會很好用。
project explorer 預設值是開著的,就是靠左邊垂直的這一塊,裡面對於跑 project 的相關物件,如文字輸出、3D結構等等都是在這裡選取,很像微軟視窗 (MS Windows) 裏頭的『檔案總管』。
要做東西總是需要選取一個 job 相關的目錄等等,所以 job explorer 在操作上來講是很重要的。
另外我也常常會打開的是 property explorer ,property explorer 在 MS 是新的東西,相對 Cerius2 而言是新的東西。
在 Cerius2 裡如果你想要知道一些 3D 物件的屬性,像是鍵長、鍵角,晶胞內原子數,就要分別去打開一些相關的表單,它才會印給你看,然而初學者還得學會這些表單藏在那裏。
第一性原理计算方法第一性原理计算方法是一种基于量子力学原理的计算方法,它可以用来研究原子和分子的结构、性质和反应。
与传统的经验性方法相比,第一性原理计算方法具有更高的精度和可靠性,能够提供更多的物理和化学信息。
本文将介绍第一性原理计算方法的基本原理和应用。
首先,第一性原理计算方法是建立在薛定谔方程的基础上的。
薛定谔方程描述了体系的波函数随时间的演化,通过求解薛定谔方程,我们可以得到体系的能量、波函数和其他物理性质。
在第一性原理计算中,我们通常采用密度泛函理论来近似求解薛定谔方程,通过求解库仑势和交换-相关势的作用,得到体系的基态能量和波函数。
其次,第一性原理计算方法的应用非常广泛。
它可以用来研究固体、液体和气体的结构和性质,预测材料的稳定相和晶体结构,计算分子的几何构型和振动频率,分析化学反应的动力学过程等。
同时,第一性原理计算方法还可以用来设计新型的功能材料,优化催化剂的性能,预测分子的电子结构和光学性质,研究纳米材料的电子输运行为等。
在第一性原理计算方法的发展过程中,科学家们提出了许多不同的计算框架和方法,如密度泛函理论、量子蒙特卡洛方法、格林函数方法等。
这些方法在不同的体系和问题上都有各自的优势和局限性,需要根据具体的研究目的来选择合适的方法。
总的来说,第一性原理计算方法是一种强大的工具,它在材料科学、物理化学、生物化学等领域都有重要的应用价值。
随着计算机硬件和软件的不断发展,第一性原理计算方法将会变得更加高效和精确,为科学研究和工程应用提供更多的支持和帮助。
通过以上介绍,我们可以看到第一性原理计算方法在材料科学和化学领域的重要性和广泛应用。
它不仅可以帮助我们理解物质的基本性质,还可以指导新材料的设计和合成,促进科学技术的发展和进步。
因此,掌握和应用第一性原理计算方法对于科研工作者和工程技术人员来说都是非常重要的。
希望本文的介绍能够为读者提供一些有益的信息,引起对第一性原理计算方法的兴趣和关注。
信息记录材料2019年9月第20卷第9期(借息:技术与应用〕简述第一性原理计算软件CASTEP在材料物理教学中的应用吴玉辉(长春理工大学材料科学与工程学院吉林长春130022)【摘要】CASTEP程序是Cambridge Sequential Total Energy Package首字母的缩写,是一个基于第一性原理的量子力学程序.它是采用平面波贋势基组结合密度泛函理论,用来研究与设计材料物理性质功能强大的工具。
在教学过程中引入CASTEP计算模拟软件,对材料物理教学中的知识点及基本原理进行计算及演示,可以使教学内容和过程更加生动形象。
使与材料物理相关的知识点、更易于被学生掌握和接受,从而提高教学效率,激发学生兴趣。
本文旨在探索使用计算模拟软件在材料物理教学中应用,为材料物理的教学进行有益的探索及尝试。
【关键词】材料物理;CASTEP;Materials Studio;教学演示;第一性原理【中图分类号】TP37【文献标识码】A1简介第一性原理计算模拟软件CASTEP是Materials Studio软件包中的一个计算模块,它最初由剑桥大学-卡文迪什实验室的TCM(Theory of Condensed Matter group)凝聚态固体物理小组在20世纪80年代末、90年代初釆用Fortran77开发(后在2001年采用Fortran 95改写,用以提高整个代码的并行性和可持续性)。
CASTEP主要用于固体物理中凝固态相关性质的计算,20世纪90年代中期,由美国的分子模拟国际Molecular Simulations Inc.(MSI)公司发放许可证进而商业化运行,剑桥大学获得了一部分版税。
该公司后来与Genetics Computer Group(GCG)公司、英国的Synopsys Scient 迁ic系统公司以及Oxford Molecular Group(OMG)公司,于2001年6月1日合并组建了Accelrys公司,它是国际上知名的分子生物学及信息学公司,2016年1月被法国Dassault Systemes公司收购,随后Accelrys更名为BIOVIAo这个公司目前是全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计以及化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软件供应商。
《计算材料学》实验讲义实验一:Materials Studio软件简介及基本操作一、前言1. 计算材料学概述随着科学技术的不断发展,科学研究的体系越来越复杂,理论研究往往不能给出复杂体系解析表达,或者即使能够给出解析表达也常常不能求解,传统的解析推导方法已不敷应用,也就失去了对实验研究的指导意义。
反之,失去了理论指导的实验研究,也只能在原有的工作基础上,根据科研人员的经验理解、分析与判断,在各种工艺条件下反复摸索,反复实验,最终造成理论研究和实验研究相互脱节。
近年来,随着计算机科学的发展和计算机运算能力的不断提高,为复杂体系的研究提供了新的手段。
在材料学领域,随着对材料性能的要求不断的提高,材料学研究对象的空间尺度在不断变小,纳米结构、原子像已成为材料研究的内容,对功能材料甚至要研究到电子层次,仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代新材料研究和发展的要求。
然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论,在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究,进而实现材料服役性能的改善和材料设计。
因此,计算材料学应运而生,并得到迅速发展,目前已成为与实验室实验具有同样重要地位的研究手段。
计算材料学是材料科学与计算机科学的交叉学科,是一门正在快速发展的新兴学科,是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科,是材料科学研究里的“计算机实验”。
计算材料学主要包括两个方面的内容:一方面是计算模拟,即从实验数据出发,通过建立数学模型及数值计算,模拟实际过程;另一方面是材料的计算机设计,即直接通过理论模型和计算,预测或设计材料结构与性能。
计算材料科学是材料研究领域理论研究与实验研究的桥梁,不仅为理论研究提供了新途径,而且使实验研究进入了一个新的阶段。
计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发展密切相关的。
从前,即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算,如材料的量子力学计算等,现在使用微机就能够完成,可以预见,将来计算材料学必将有更加迅速的发展。