國內(nèi)第一MS（material studio）學(xué)習(xí)實例新手第一步必看materials studio 材料學(xué) 分子模擬

1、Materials studio 使用筆記使用materials studio 首先建一個project （當(dāng)然也可以打開一個之前的project啦）這里將之命名為NaCl.stp按OK完成新建project操作。以下是新建project后的materials studio UI界面：這里有幾個重要的窗口，可分為這三類：一、job，己完成的、正在跑的；二、project，各種輸入與輸出文件，可以查看結(jié)果、修改輸出入的相關(guān)設(shè)定；三、property，材料的原子及電子結(jié)構(gòu)3D模型等物性數(shù)據(jù)，例如晶體晶胞邊長、原子元素種類等等。從Veiw的Explorer可見：jobExploroer、projec

2、t exploroer、property explorer。job explorer顯示運行的job，近端遠程的狀態(tài)都可以顯示。 project explorer默認值是開著的，project的相關(guān)對象，如文字輸出、3D結(jié)構(gòu)等等，job相關(guān)的目錄、文件等。 property explorer，在MS相對Cerius2而言是新的東西。只要是3D對象有呈現(xiàn)的狀況之下，可以直接在上面顯現(xiàn)出各種可以看得見的特性還有可以改得了的選項。現(xiàn)在，我們需要一個晶胞結(jié)構(gòu)，用于演示CASTEP計算。這個結(jié)構(gòu)可以是import 的，也可以是自己手動建立。Import方式可以通過File-import,導(dǎo)入struct

3、ure內(nèi)建的結(jié)構(gòu)。手動建立方式如下：先建立一個3D atomistic Document,方式如上但不限于以上，還有其他幾種方式各位按習(xí)慣選擇。建完后：Build-crystal-Buildcrystal此時會打開Build crystal 對話框如下，根據(jù)icsd查詢的NaCl晶體參數(shù)，輸入進去：space group：225顯示出NaCl的FM-3M結(jié)構(gòu)Attice parameter 填寫晶格常數(shù)，比如a,b,c及三個角度值這里，鈉的a=b=c=5.64Options里基本只要用預(yù)設(shè)值即可按apply或Build即可生成晶格模型添加原子方式很多，這里也僅取一種方便的方式如下選擇Na和Cl

4、原子，鈉的abc選0，Cl選0.5如下， 分別按add,完成原子的添加，完成后三維圖如下，是因為沒有進行旋轉(zhuǎn)，此時選工具旋轉(zhuǎn)，即可得到從別的角度看見的三維圖更改三維顯示方式可以在三維圖上單擊右鍵，在彈出的菜單中選display style設(shè)置3D格式，如atom中我選擇stick等就產(chǎn)生了形狀的模型。當(dāng)然，上述右鍵菜單還有l(wèi)abel菜單可以加入一些標簽來標明各個原子等等。此時做出來的晶胞并不是premitive unit cell(最簡單的晶體結(jié)構(gòu))，可以在Build-symmetry-premitive cell ，這樣，計算時可以大大節(jié)約時間選擇后產(chǎn)生如下結(jié)構(gòu)接下來是應(yīng)用CASTEP來計算

5、，操作如下 彈出對話框 electronic選單控制計算精確度，點里面的more按鈕彈出electronic option選單，有basis、kpoint、scf、potentials等選項，可以設(shè)置來增加計算效能。在scf這里勾選fixoccupency。fix occupency只能用在絕緣體，可以節(jié)省絕緣體的計算時間，不然它會當(dāng)作金屬來算。這個選單里面有許多屬于專家級的微細調(diào)控，當(dāng)末來你所需要的精確度跟你所能允許的計算時間性能要有一個權(quán)衡的時候你就要靠這些相關(guān)數(shù)值的調(diào)控來做到花最少時間來做到最精密的計算。重要的一點現(xiàn)在我們來到 property 這里，剛剛在 setup 選項里面選了 t

6、asks 的 energy，那么在 property 里進可以進一步指定我要附加計算哪一些特性：比如說 能帶結(jié)構(gòu) density of state 光學(xué)性質(zhì)有與趣可以試試不同種類計算。注意，phonon dispersion 跟 phonon density of state相當(dāng)耗時間， pc 機有可能需要計算三兩天甚至一兩周，看你不同的晶胞大?。黄渌歼€算是比較不會太費時?，F(xiàn)在為了示范光學(xué)計算，只選擇能帶結(jié)構(gòu)，態(tài)密度跟optical property ，其中態(tài)密度這個部份我進一步還要選擇要求計算投影態(tài)密度，projected density of state ，那這個其它的就用默認值。在jo

7、b control里gateway location指定在哪一臺計算機運行；選my computer在本機運行；為了將來管理方便最好自己指定job description名稱。把automatic的勾取消掉，取名稱NaCl，然后就可以按底下的run。如果是在遠程的機器上運行，如果勾選more選單里面的retain server file，完成的時候文件會在server上留一份而不會被刪除，但是這樣會占用服務(wù)器的硬盤空間。按run，在job description的地方可以看到j(luò)ob以及隨機數(shù)取出來的id，在哪一臺機器上跑，用了什么東西跑server，就是用什么東西跑castep，狀態(tài)等等，如果

8、想讓它中止可以用鼠標點選該job，按右鍵有一個action可以看可以做什么。目前因為job正在跑，唯一能做的就是stop它運行可能需要些時間，所以要耐心等候，此時也可以做別的事，只要讓電腦自己運行著就好了，運行完后，會彈出一個對話框說明successfully-completed。點OK關(guān)閉它，回到MS的界面，其出現(xiàn)一個文本框，內(nèi)容如下：Job started on host stronger-PC at Mon Nov 30 19:55:41 2009 +-+ | | | CCC AA SSS TTTTT EEEEE PPPP | | C A A S T E P P | | C AAAA S

9、S T EEE PPPP | | C A A S T E P | | CCC A A SSS T EEEEE P | | | +-+ | | | Welcome to Materials Studio CASTEP version 4.4 | | Ab Initio Total Energy Program | | | | Authors: | | M. Segall, M. Probert, C. Pickard, P. Hasnip, | | S. Clark, K. Refson, M. Payne | | | | Contributors: | | P. Lindan, P. Hayn

10、es, J. White, V. Milman, | | N. Govind, M. Gibson, P. Tulip, V. Cocula, | | B. Montanari, D. Quigley, M. Glover, | | L. Bernasconi, A. Perlov, M. Plummer | | | | Copyright (c) 2000 - 2008 | | | | Please cite | | | | "First principles methods using CASTEP" | | | | Zeitschrift fuer Kristallo

11、graphie | | 220(5-6) pp. 567-570 (2005) | | | | S. J. Clark, M. D. Segall, C. J. Pickard, | | P. J. Hasnip, M. J. Probert, K. Refson, | | M. C. Payne | | | | in all publications arising from | | your use of CASTEP | | | +-+ This version was compiled for win32 on Nov 14 2008 License checkout of MS_ca

12、step successful Pseudo atomic calculation performed for Na 2s2 2p6 3s1 Converged in 20 iterations to a total energy of -1302.0545 eV Pseudo atomic calculation performed for Cl 3s2 3p5 Converged in 19 iterations to a total energy of -406.0278 eV Calculation parallelised over 1 nodes.K-points are dist

13、ributed over 1 groups, each containing 1 nodes. * Title * CASTEP calculation from Materials Studio * General Parameters * output verbosity : normal (1) write checkpoint data to : 3D_Atomistic.check type of calculation : single point energy stress calculation : off density difference calculation : of

14、f electron localisation func (ELF) calculation : off unlimited duration calculation timing information : on memory usage estimate : on write final potential to formatted file : off write final density to formatted file : off output length unit : A output mass unit : amu output time unit : ps output

15、charge unit : e output energy unit : eV output force unit : eV/A output velocity unit : A/ps output pressure unit : GPa output inv_length unit : 1/A output frequency unit : cm-1 output force constant unit : eV/A*2 output volume unit : A*3 output IR intensity unit : (D/A)*2/amu output dipole unit : D

16、 output efield unit : eV/A/e wavefunctions paging : none random number generator seed : randomised (195543317) data distribution : optimal for this architecture optimization strategy : balance speed and memory * Exchange-Correlation Parameters * using functional : Perdew Burke Ernzerhof Divergence c

17、orrection : off * Pseudopotential Parameters * pseudopotential representation : reciprocal space <beta|phi> representation : reciprocal space * Basis Set Parameters * basis set accuracy : MEDIUM plane wave basis set cut-off : 330.0000 eV size of standard grid : 1.7500 largest prime factor in F

18、FT : 5 finite basis set correction : none * Electronic Parameters * number of electrons : 16.00 net charge of system : 0.000 net spin of system : 0.000 number of up spins : 8.000 number of down spins : 8.000 treating system as non-spin-polarized number of bands : 8 * Electronic Minimization Paramete

19、rs * Method: Treating system as non-metallic, and number of SD steps : 1 and number of CG steps : 4 total energy / atom convergence tol. : 0.2000E-05 eV eigen-energy convergence tolerance : 0.5000E-06 eV max force / atom convergence tol. : ignored convergence tolerance window : 3 cycles max. number

20、of SCF cycles : 100 * Density Mixing Parameters * density-mixing scheme : Pulay max. length of mixing history : 20 charge density mixing amplitude : 0.5000 charge density mixing g-vector : 1.500 1/A * - Unit Cell - Real Lattice(A) Reciprocal Lattice(1/A) 0.0000000 2.8200000 2.8200000 -1.1140399 1.11

21、40399 1.1140399 2.8200000 0.0000000 2.8200000 1.1140399 -1.1140399 1.1140399 2.8200000 2.8200000 0.0000000 1.1140399 1.1140399 -1.1140399 Lattice parameters(A) Cell Angles a = 3.988082 alpha = 60.000000 b = 3.988082 beta = 60.000000 c = 3.988082 gamma = 60.000000 Current cell volume = 44.851536 A*3

22、- Cell Contents - Total number of ions in cell = 2 Total number of species in cell = 2 Max number of any one species = 1 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx x Element Atom Fractional coordinates of atoms x x Number u v w x x-x x Na 1 0.000000 0.000000 0.000000 x x Cl 1 0.500

23、000 0.500000 0.500000 x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx No user defined ionic velocities - Details of Species - Mass of species in AMU Na 22.9899998 Cl 35.4529991 Electric Quadrupole Moment (Barn) Na 0.1006000 Isotope 23 Cl -0.0811000 Isotope 35 Files used for pseudopote

24、ntials: Na Na_00PBE.usp Cl Cl_00PBE.usp - k-Points For BZ Sampling - MP grid size for SCF calculation is 6 6 6 Number of kpoints used = 28 + + Number Fractional coordinates Weight + +-+ + 1 0.416667 0.416667 0.416667 0.0092593 + + 2 0.416667 0.416667 0.250000 0.0277778 + + 3 0.416667 0.416667 0.0833

25、33 0.0277778 + + 4 0.416667 0.416667 -0.083333 0.0277778 + + 5 0.416667 0.416667 -0.250000 0.0277778 + + 6 0.416667 0.416667 -0.416667 0.0277778 + + 7 0.416667 0.250000 0.250000 0.0277778 + + 8 0.416667 0.250000 0.083333 0.0555556 + + 9 0.416667 0.250000 -0.083333 0.0555556 + + 10 0.416667 0.250000

26、-0.250000 0.0555556 + + 11 0.416667 0.250000 -0.416667 0.0555556 + + 12 0.416667 0.083333 0.083333 0.0277778 + + 13 0.416667 0.083333 -0.083333 0.0555556 + + 14 0.416667 0.083333 -0.250000 0.0555556 + + 15 0.416667 0.083333 -0.416667 0.0555556 + + 16 0.416667 -0.083333 -0.083333 0.0277778 + + 17 0.4

27、16667 -0.083333 -0.250000 0.0555556 + + 18 0.416667 -0.250000 -0.250000 0.0277778 + + 19 0.250000 0.250000 0.250000 0.0092593 + + 20 0.250000 0.250000 0.083333 0.0277778 + + 21 0.250000 0.250000 -0.083333 0.0277778 + + 22 0.250000 0.250000 -0.250000 0.0277778 + + 23 0.250000 0.083333 0.083333 0.0277

28、778 + + 24 0.250000 0.083333 -0.083333 0.0555556 + + 25 0.250000 0.083333 -0.250000 0.0555556 + + 26 0.250000 -0.083333 -0.083333 0.0277778 + + 27 0.083333 0.083333 0.083333 0.0092593 + + 28 0.083333 0.083333 -0.083333 0.0277778 + + - Symmetry and Constraints - Number of symmetry operations = 48 The

29、re are no ionic constraints specified or generated for this cell Set iprint > 1 for details on symmetry rotations/translations Centre of mass is NOT constrained Number of cell constraints= 5 Cell constraints are: 1 1 1 0 0 0 External pressure/stress (GPa) 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0

30、.00000 +- MEMORY AND SCRATCH DISK ESTIMATES PER NODE -+| Memory Disk | Model and support data 20.7 MB 7.9 MB | Electronic energy minimisation requirements 3.6 MB 2.1 MB | - | Approx. total storage required per node 24.3 MB 10.1 MB | | Requirements will fluctuate during execution and may exceed these

31、 estimates |+-+- <- SCFSCF loop Energy Energy gain Timer <- SCF per atom (sec) <- SCF- <- SCFInitial -1.57779653E+003 2.96 <- SCF 1 -1.67913033E+003 5.06669010E+001 6.77 <- SCF 2 -1.71510317E+003 1.79864176E+001 9.38 <- SCF 3 -1.71569478E+003 2.95807328E-001 12.65 <- SCF 4 -1

32、.71551378E+003 -9.04993681E-002 16.71 <- SCF 5 -1.71550475E+003 -4.51949000E-003 20.62 <- SCF 6 -1.71551146E+003 3.35629956E-003 24.43 <- SCF 7 -1.71551174E+003 1.41503751E-004 28.17 <- SCF 8 -1.71551177E+003 1.37754672E-005 31.01 <- SCF 9 -1.71551177E+003 2.61947700E-007 33.67 <-

33、SCF 10 -1.71551177E+003 9.42337167E-008 36.36 <- SCF- <- SCF Final energy = -1715.511769318 eV(energy not corrected for finite basis set) * Symmetrised Forces * * * * Cartesian components (eV/A) * * - * * x y z * * * * Na 1 0.00000 0.00000 0.00000 * * Cl 1 0.00000 0.00000 0.00000 * * * * Writi

34、ng model to 3D_Atomistic.check Writing analysis data to 3D_Atomistic.castep_binInitialisation time = 0.84 sCalculation time = 36.99 sFinalisation time = 0.16 sTotal time = 37.99 s此即計算結(jié)果。接下來我們分析它：將之關(guān)閉，回到3D界面，選擇CASTEP中analysis功能，選電子云密度，打開剛剛所進行的計算的.castep文件或3d空間結(jié)構(gòu).xsd，extended structure data這一個，它知道resu

35、lt file是NaCl.castep。如果再把它關(guān)起來，現(xiàn)在又沒有file available。同樣如果把NaCl.castep開起來，它也曉得result files是這個，但是不同的是，一樣是electron density，它會不讓你import，原因是打開雖然是符合它output對象的.castep文件，但.castep是一個文本文件，不可能把電荷密度直接疊在這個文本文件上觀看，必需有一個3d對象窗口才能加載電子結(jié)構(gòu)。所以窗體可以提醒你要開啟一個合法的3d空間文件。再打開這個.xsd文件，按import把電子云密度載進來，這個載進來的電子云密度可以利用不同方式顯示。這是電荷密度的等高面，在analysis選單里面選electron density時，有一個view iso surface on import，默認值是勾起來的，也就是說在載進來時它就會用iso surface來顯示