Materials Studio初学者教程:分子模拟与应用实践

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"Materials Studio教程是一份图文并茂的指南,涵盖了分子模拟软件的基础和高级应用。这份教程由创腾科技有限公司提供,适用于初级学习者,例如华南师范大学的学生。教程内容广泛,包括软件概述、各个模块的原理以及具体参数设置的实例。它详细介绍了如何使用Materials Studio进行各种模拟和计算,如预测材料的晶格参数、分子吸附、电荷密度分析、几何优化、过渡态搜索、扩散测量、表面相互作用、界面张力计算、 mesoscale动力学模拟、粉末衍射图分析、结构精修等。此外,还提供了具体操作步骤,如创建项目、打开和观察3D模型、绘制分子、处理晶体结构以及解析复杂的有机和无机化合物结构。" Materials Studio是分子模拟领域的一款强大工具,它包含多个模块,如Visualizer用于可视化和数据处理,DMol3则用于量子力学计算。本教程通过实际案例,如预测AlAs的晶格参数,展示了如何利用第一性原理进行计算。CO分子在Pd(110)表面的吸附和Pd(110)上的CO分子电荷密度变化的分析,展示了表面科学中的吸附行为和电荷分布。对于材料科学中的几何优化,教程演示了如何使用DMol3中的离域内坐标优化固体结构。 此外,Materials Studio还支持过渡态搜索(如LST/QST方法),这对于理解化学反应路径至关重要。在聚合物科学方面,教程涵盖了气体在聚合体中的扩散测量以及聚合物与金属氧化物表面的相互作用,这些都是现代材料设计和工程中的关键问题。通过模拟STM图像,用户可以直观地了解CO_Pd(110)体系的表面形貌。计算共存相之间的界面张力有助于理解多相系统的稳定性。 在纳米尺度上,教程涉及使用MesoDyn模块进行mesoscale模拟,这在研究复杂系统动态行为时非常有用。粉末衍射图的分析和指标化以及Rietveld精修则提供了无机物质结构鉴定的方法。最后,教程通过具体实例,如3-氯-反-苯乙烯酸和FIN31的结构确定,详细解释了如何使用ReflexPlus等工具解析复杂的有机和无机化合物结构。 Materials Studio教程是一个全面的学习资源,适合初学者和经验丰富的研究人员,帮助他们掌握分子模拟的各种技术和应用,以解决实际的科学问题。
2020-04-13 上传
1.1量子力学方法 1.1.1 CASTEP CASTEP由Cambridge大学Mike Payne教授发布,采用密度泛函理论、平面波赝势法(用平面波描述外层价电子,内层电子用赝势代替),进行第一性原理量子力学计算的程序。其中总能量包含动能、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的函数。电子与电子相互作用的交换和相关效应采用局域密度近似(LDA)或广义密度近似(GGA),静电势只考虑作用在系统价电子的有效势(即赝势:Ultrasoft 或norm-conserving),电子波函数用平面波基组扩展(基组数由Ecut-off确定),电子状态方程采用数值求解(积分点数由FFT mesh确定),电子气的密度由分子轨道波函数构造,分子轨道波函数采用原子轨道的线性组合(LCAO)构成。计算总能量采用SCF迭代。CASTEP在计算分子、固体、表面、界面、掺杂、错位等方面非常有优势。 主要功能及特性:  支持 PBE、PBE0、HSE03、HSE06以及SCAN meta-GGA 等交换关联泛函;  能量计算:形成能、吸附能、缺陷形成能、内聚能、表面能等;  结构优化:力与应力的计算、几何驰豫(原子坐标、晶胞参数、键长、键角、)等;  过渡态:过渡态搜索等;  电子结构:能带、态密度(局域、分波)、声子谱、电荷密度、差分电荷密度、电子局域函数、电子轨道、扫描隧道显微镜STM模拟、共价键级、静电势(支持可视化)、静电荷(Mulliken、Hirshfeld)、功函数、自旋极化(共线、非共线)、支持旋轨耦合、费米面、支持利用On-the-fly 生成模守恒(normconserving)赝势,特别适用于计算磁性材料和包含f电子的元素;  介电性质:波恩有效电荷、静态介电常数张量、极化率张量;  力学性质:弹性力常数张量,体模量,剪切模量,杨氏模量,泊松比;热力学性质:声子态密度、色散谱、熵、焓、自由能、零点能、德拜温度、等容热容随温度的变化曲线;  光学性质:红外光谱、拉曼光谱5.0、核磁共振谱(NMR CASTEP,可用DFT+U)、电子能量损失谱4.4(旋轨耦合效应5.5)、X射线吸收谱4.4(旋轨耦合效应5.5)、光频介电常数虚(实)部、吸收系数、折射率、能量损失函数、光导率虚(实)部;  动力学计算:支持NVE、NVT、NPT以及NPH等系综,以及多种控温控压函数;