NCHCCASTEP教材：Material Studio与CASTEP教程详解

《Material Studio手册》是一本针对计算化学高级训练课程的教材，由李明宪教授编撰，原定于2004年8月在国家高速网络与计算中心授课。该手册详细介绍了CASTEP（Crystalium-Ab-initio Simulation Technique for Electronic Properties）软件及其与Material Studio的集成使用。材料科学与工程领域的重要工具，Material Studio，主要应用于晶体结构分析、材料性能预测和高级计算功能。 手册分为两个主要部分，首先是基础入门，包括如何新建工程，以氯化钠（NaCl）为例进行操作。用户会被引导选择创建新项目，并了解如何在Material Studio中设置和管理不同的任务。这里有三个核心的Explorer窗口：Job Explorer用于监控运行中的和已完成的作业状态，Project Explorer负责存放项目的输入输出文件，以及Property Explorer，这是Material Studio相较于Cerius2新增的功能，用于可视化材料的三维属性，如晶体结构、晶胞尺寸、元素类型等。 在基础部分，还讲解了密度泛函理论（DFT）和CASTEP的平面波赝势方法，这些是计算材料基本物理性质的基础，如原子轨道、分子结构、化学键性质、晶格参数、弹性常数、表面重构和工作函数等。随后，课程深入到能带结构理论，涉及超晶胞、倒空间、布里渊区等概念，以及能带结构分析、态密度和导电性等材料特性。 高级功能部分涵盖了分子动力学模拟、过渡态搜索、能级修正等，以及一些前沿研究工具如电子能量损失谱（EELS）、非线性光学（NLO）和核磁共振/电子自旋共振（NMR/EPR）的应用。最后，手册还留有自由实习与案例讨论环节，鼓励学员实践操作和深入理解。 整个手册旨在提供系统的学习路径，使读者能够掌握Material Studio在计算材料科学中的关键应用，并能有效地运用CASTEP进行精确的量子力学模拟，从而为材料设计和优化提供强有力的工具。无论是初学者还是经验丰富的研究人员，都能从中找到所需的理论和实践指导。