MaterialsStudio基础教程:探索材料科学与计算物理实践

需积分: 16 16 下载量 74 浏览量 更新于2024-07-26 1 收藏 4.19MB PDF 举报
MaterialsStudio是一款强大的材料科学与工程模拟软件,提供了丰富的工具和技术,适用于计算物理领域。这份学习资料涵盖了多个关键模块和应用实例,旨在帮助用户掌握MaterialStudio的基础操作和高级功能。 1. **快速入门教程**:教程首先从基础入手,指导用户如何生成和管理Projects(项目),包括创建新项目、打开三维模型、绘制和编辑分子(如苯甲酰胺和尿素)以及构建晶体结构(如Alpha石英和多甲基异丁烯酸盐)。这些操作是理解和使用MaterialStudio的基本步骤。 2. **Visualizer模块**:Visualizer模块是MaterialStudio的核心组件,用户将学习如何通过它观察和分析分子结构,如CO在Pd(110)表面的吸附和其电荷密度变化,以及模拟扫描隧道显微镜(STM)图像,这有助于理解分子在固体表面的行为。 3. **量子力学计算**:教程深入到第一性原理计算,如预测AlAs的晶格参数,以及使用DMol3进行几何优化和寻找过渡状态。这些技术对于理解材料的电子结构和反应动力学至关重要。 4. **表面科学与界面工程**:涉及CO分子在金属表面的吸附特性和界面张力计算,有助于研究表面化学和材料间的相互作用。 5. **动力学模拟**:MesoDyn模拟展示了如何模拟气体在聚合体中的扩散过程,这对于理解复杂体系的行为非常有用。 6. **结构分析**:粉末衍射图的分析、指标化和Rietveld精修技术,用于无机物结构的解析,如3-氯-反-苯乙烯酸和FIN31的结构确定。 7. **数据分析与解析**:使用ReflexPlus这类高级工具解析化合物结构,强化了实验数据与理论预测的结合。 这份材料不仅适合初学者快速上手,也包含了一些进阶技术,对于有经验的用户提升材料模拟能力大有裨益。通过实践这些教程,学习者能够熟练掌握MaterialStudio,进而探索和解决各种材料科学中的实际问题。
2020-04-13 上传
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;