CASTEP教程：晶体结构分析与模拟

" CASTEP教程" CASTEP（Crystal Structure Analysis by Plane Waves）是一个强大的软件包，专为固体材料科学设计，采用密度泛函理论（DFT）和平面波赝势方法进行第一性原理量子力学计算。它能够研究各种材料，如半导体、陶瓷、金属、矿物和沸石等的晶体和表面特性。CASTEP不仅适用于表面化学、键结构、态密度和光学性质的研究，还能深入探究点缺陷（如空位、间隙和置换杂质）和扩展缺陷（如晶界和位错）的性质。 在MaterialStudio中，CASTEP作为一个可选组件，用于准备、启动、分析和监控CASTEP计算任务。计算部分允许用户选择不同的计算选项，如基组、交换关联势和收敛标准，并且可以控制作业流程和文档管理。分析功能则提供了便捷的工具，用于处理和展示CASTEP计算结果，包括键结构图、态密度图和光学性质图，以增进对材料特性的理解。 CASTEP的计算过程通常涉及三个主要任务：能量计算、几何优化和分子动力学。每种任务都能揭示特定的物理性能。在CASTEP计算中，首先需要定义结构，这可以通过构建晶体、构建真空 slab 或导入现有结构文档来完成。为了进行计算，必须构建3D周期模型文件，对于非晶态或分子体系，可能需要构建超单元。值得注意的是，计算时间与原子数量的平方成正比，因此推荐使用最小的初晶胞，可以通过Build | Symmetry | Primitive Cell菜单选项转换到初晶胞。 接下来是计算设置，用户需选择计算类型（如能量计算、几何优化或动力学模拟）并配置相关参数。例如，对于动力学模拟，需要设定温度、时间步长和总步数。计算完成后，CASTEP将返回相关文档，用户可以在项目面板中查看，进一步处理以获取感兴趣的观测量，如光学性质。 在MaterialStudio中启动CASTEP计算，用户可以通过Module Explorer中的CASTEP | Calculations路径进行操作。这将引导用户完成整个计算流程，确保CASTEP的有效利用。 CASTEP是材料科学研究中不可或缺的工具，通过精确的量子力学模拟，为理解和预测固体材料的性质提供了强大的手段。通过MaterialStudio的集成，用户可以更加方便地进行CASTEP计算，并以可视化的方式解析和理解计算结果。