CASTEP教程：几何优化与计算设置详解

"这篇教程是关于CASTEP软件的使用，主要介绍了如何进行几何结构优化，同时涉及了CASTEP的基本概念、应用范围、计算任务及流程。" CASTEP是一款专为固体材料学设计的量子力学软件，它基于密度泛函理论（DFT）和平面波赝势方法，适用于半导体、陶瓷、金属、矿物等多种材料的晶体和表面性质的研究。该软件可以计算表面化学、键结构、态密度、光学性质，并能探究点缺陷和扩展缺陷的影响。 在CASTEP中，用户可以通过MaterialStudio的组件对话框进行计算任务的准备、启动、分析和监控。计算过程允许用户选择不同的计算选项，比如基组、交换关联势和收敛判据，并对作业和文档进行控制。分析功能则能帮助处理和展示计算结果，提供键结构图、态密度图和光学性质图的直观展示。 在执行CASTEP计算时，通常有三种任务类型：单点能量计算、几何优化和分子动力学。这些任务能够生成特定的物理性能。例如，几何优化不仅优化原子坐标，还可以选择优化晶格参数。用户在进行计算设置时，需要选择任务类型并设定相关参数，如动力学计算的温度、时间步长等。 CASTEP的计算流程包括结构定义、计算设置和结果分析。结构定义阶段，用户需要提供3D周期性模型文件，可以通过构建晶体、引入已有结构或修改现有结构实现。重要的是，CASTEP需要3D周期模型，对于分子系统，需构建超单胞。计算设置阶段，用户应选择任务类型（如几何优化），调整质量设置，并可能打开更多选项来优化单元胞。结果分析阶段，CASTEP会返回作业文档，用户可进一步处理以获取感兴趣的物理量。 在进行CASTEP计算时，应注意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。CASTEP还提供了各种工具，如对称性操作，来帮助简化结构并减少计算负担。 CASTEP是固体材料研究的强大工具，通过精心配置计算任务和参数，用户能够深入理解材料的微观性质，并进行复杂的结构优化和性质预测。教程中的步骤指导用户如何在CASTEP中进行几何优化，包括更改任务类型、质量设置，以及指定额外计算属性，如能带结构和态密度。最后，用户可以调整作业控制以实现定时更新，确保实时监控计算进度。