Materials Studio——CASTEP基础教程「1」

CASTEP 是MS (materials studio) 下的一个基于密度泛函理论的第一性计算量子力学程序包，拥有简洁的操作界面，可快捷实现模型搭建、参数设定和结果分析。该程序包基于密度泛函下的第一性原理可对金属、半导体、陶瓷以及低维材料进行计算。只需要知道材料的晶体结构、原子种类以及原子数目就可以通过膺势平面波方法求解体系能量，从而分析得出材料的性质。它可以计算材料的能带结构、态密度、电荷密度空间分布、光学性质、声子谱、声子态密度、弹性常数等性质，还能对过渡态进行计算搜索。该程序的工作流程依次为建立模型、设置参数、优化模型、计算性质、分析性质。本章节通过具体的案例对CASTEP 的操作进行说明。学习内容包括认识CASTEP 界面、建立模型、参数的选取、具体晶体性质的计算分析以及计算结果的提取。

本章节所涉及的操作均以MS8.0 版本为例，完整的计算过程如图3.1 所示。

3.1 认识界面

(1)打开MS 弹出以下界面，勾选" Creat a new proj ect" 后，点击确定建立一个新的project，更改工作文件夹的保存路径和名称，如图3.2 和图3 .3所示。

(2) 打开MS 后，页面分为5 部分，如图3 .4所示，分别是菜单工具区、模型显示区、Project 区、Properties 区、Jobs 区。其中， Project 区展现计算模型和计算结果， Properties区展现模型信息， Jobs 区展现计算状态。

3.2 认识菜单栏和工具栏

3.2.1 菜单栏

菜单栏中File 选项下的操作如图3.5 所示。

Edit 栏中常用操作如图3.6 所示。

View 中包含8 个部分，用途如图3.7 所示。

Modify 中的常用功能如图3.8 所示。

Build 栏用于搭建模型，其使用范围如图3.9 所示。

菜单栏中的Tools 选项常用操作如图3.10 所示。

Modules 选项中包含MS 软件的所有计算模块，如图3.11 所示。

Window j在项用于调节工作窗口显示方式，各操作如图3.12 所示。

Help 选项可链接MS 操作案例教程，如图3 .1 3 所示。

3.2.2 工具栏

Standard 用于建立、保存工作窗口等相关操作，快捷方式如图3.14 所示。

Project 可用于打开和保存己有的计算内容，如图3.15 所示。

Rock & Roll 用于操作模型的滚动，如图3 .1 6 所示。

3D Movement 栏用于调整吸附分子或原子的位置以及朝向，操作时必须选中所吸附的物质，如图3.18 所示。

晶胞对称性的设置可在Symme町下进行设置，具体操作如图3.19 所示。

添加原子和设置化学键可通过Atoms & Bonds 完成，如图3.20 所示。

Sketch 可用于于动画分子和晶体模型，各功能选项如图3.21 所示。

Volume Visualization (用于电荷密度图)在绘制电荷密度图过程中所需要用到的操作如图3.22 所示。

所有工具栏中的功能键均可在菜单栏"View" 中选择"Toolbars" 进行设置。

CASTEP 是软件MS 中的一个模块，可通过单击"Modules" 找到，位置和标坝、如图3.23 所示。