materialstudio使用经验总结.docx

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materialstudio使用经验总结

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关于K点

1.应当使用多少个k网格,

很难一般地回答，只能给出一般建议。

注意:

一定要检查k网格，首先用较粗糙的网格计算，接下来用精细的网格计算。

通过比较两次的结果，决定选用较粗糙的网格，或是继续进行更精细网格的计算，直到达到收敛。

金属体系需要精细的网格，绝缘体使用很少的k点通常就可以。

小单胞需要精细格点，大单胞很可能不需要。

因此:

单位晶胞内原子数很多（比如40-60个）的绝缘体，可能仅需要一个（移动后的）k点。

另一方面，面心立方的铝可能需要上万个k点以获得好的DOS。

对于孤立原子或分子的超晶胞，仅需要在Gamma点计算。

对于表面（层面）的超晶胞计算，仅需要（垂直于表面）z方向上有1个k点。

甚至可以增加晶格参数c，这样即使对精细格点，沿z方向上也只产生一个k点（产生k点后，不要忘记再把c改回）。

2.当体系没有出现时间反演对称操作时，是否加入,

大多数情况下的回答是“是”，只有包含自旋-轨道耦合的自旋极化（磁性）计算除外。

这时，时间反演对称性被破坏（+k和-k的本征值可能不同），因此决不能加入时间反演对称性。

3.是否移动k网格,（只对某些格子类型有效）

“移动”k网格意味着把所有产生的k点增加（x,x,x），把那些位于高对称点（或线）上的k点移动到权重更大的一般点上。

通过这种方法（也即众所周知的“特殊k点方法”）可以产生等密度的，k点较少的网格。

通常建议移动。

只有一点注意:

当对半导体的带隙感兴趣时（通常位于Gamma，X，或BZ边界上的其它点），使用移动的网格将不会得到这些高对称性的点，因此得到的带隙和预期结果相比或大或小。

这个问题的解决:

用移动的网格做SCF循环，但对DOS计算，改用精细的未移动网格。

关于k空间布点的问题，建议参阅以下文献Phys.Rev.B49,16223（1994）

如何构建缺陷晶体结构

晶体结构改成P1，然后去掉想抹去的原子就可以了

在ms中如何做空穴

对于金属缺陷，是直接剪切一个原子,

个人经验:

就是直接把原子去掉就,,;如果不是正版软件，有可能出现同时去掉其他同位置的原子，如果这种情况，就重新定义，问题就不会出现了（还有，一般考虑孔穴的时候，都要标明哪些原子的迟豫，具体为什么不知道，国外的文献有提到（希望有做空位的一起多讨论（我,:

,,,,,,,,

PDOS选项

计算DOS时，选择PDOS，可以画出s,p,d轨道的DOS，但无法画出某一个原子的s,p,d图

关于PDOS的Chart中求积分的问题

在用Castep计算出PDOS后,如何在Chart中对曲线局部进行积分?

将Chart输出为cav格式,然后在excel中求和?

简单，把数据导出，在Origin里作图，程序里有积分微分卷积功能，在数据分析下面。

作图时选取积分范围。

优化结构

算能带一般需要优化结构。

如果选择实验的参数，全部固定的话就不需要了

如何做二维电子密度图

MS结果文件夹中*.grd文件内存储的是三维空间各点的电荷密度值，利用这个数据就可以得到二维的电荷密度等值线图,应该有专门的软件能画,不过用matlab编自己编程序也不难，其中关键命令是contourslice，实现在某一平面内绘制等高线

对DOS图的分析

根据DOS的积分曲线可以计算出，对于表面N和C原子，大约有16.8%和14.8%的电子态b

集中在4.0~2.0eV的区域，而对体相原子则分别为6.4%和6.0%

表面吸附

我做H在ZnO上吸附。

刚开始时后我构建的吸附构型忘记imposesymmetry了，Groupname是P1。

在第二次计算的时候我加上了symmetry。

两次计算差别出来了:

（1）首先是imposesymmetry后，supercell中的原子位置由原来的现面跑到了上面，也就是和真空层换了一下位置～而且吸附原子竟然超出了supercell的白色线框～

（2）比较两次计算的DOS，一模一样;但是两次计算的BandStructure却有很大差异～回答:

1）只是显示问题

（2）BandStructure有很大差异是指那种差异,使用不同对称性计算能带时，默认计算的K点是不同的，所以图像肯定不同。

如果你确定是选择计算了同样的K点，能带结构仍然不同，那可能是采用对称后结构变化导致的。

如何计算结构中某一元素的分波态密度

1.我最近看了关于氧气锌的论文，上面有锌原子的分波态密度图，可是我怎么都没算出来，一直得到氧和锌原子的分波态密度，希望哪位大侠指教

2.在计算性质选择了计算densityofstate是，对话框下面有一个口calculatePDOS,把它勾选上，计算成功后，在分析就能看到总态密度和分态密度，随你选择。

3.按照楼上的指导计算成功后，需要哪个原子的PDOS,就选中哪个原子，然后在analysis里DOS项前打勾，partial项打勾，再view就ok了。

有关能带分析

能带图分析

能带图的横坐标是在模型对称性基础上取的K点。

为什么要取K点呢,因为晶体的周期性使得薛定谔方程的解也具有了周期性。

按照对称性取K点，可以保证以最小的计算量获得最全的能量特征解。

能带图横坐标是K点，其实就是倒格空间中的几何点。

其中最重要也最简单的就是gamma那个点，因为这个点在任何几何结构中都具有对称性，所以在castep里，有个最简单的K点选择，就是那个gamma选项。

纵坐标是能量。

那么能带图应该就是表示了研究体系中，各个具有对称性位置的点的能量。

我们所得到的体系总能量，应该就是整个体系各个点能量的加和。

记得氢原子的能量线吧,能带图中的能量带就像是氢原子中的每条能量线都拉宽为一个带。

通过能带图，能把价带和导带看出来。

在castep里，分析能带结构的时候给定scissors这个选项某个值，就可以加大价带和导带之间的空隙，把绝缘体的价带和导带清楚地区分出来。

DOS叫态密度，也就是体系各个状态的密度，各个能量状态的密度。

从DOS图也可以清晰地看出带隙、价带、导带的位置。

要理解DOS，需要将能带图和DOS结合起来。

分析的时候，如果选择了full，就会把体系的总态密度显示出来，如果选择了PDOS，就可以分别把体系的s、p、d、f状态的态密度分别显示出来。

还有一点要注意的是，如果在分析的时候你选择了单个原子，那么显示出来的就是这个原子的态密度。

否则显示的就是整个体系原子的态密度。

要把周期性结构能量由于微扰裂分成各个能带这个概念印在脑袋里。

最后还有一点，这里所有的能带图和DOS的讨论都是针对体系中的所有电子展开的。

研究的是体系中所有电子的能量状态。

根据量子力学假设，由于原子核的质量远远大于电子，因此奥本海默假设原子核是静止不动的，电子围绕原子核以某一概率在某个时刻出现。

我们经常提到的总能量，就是体系电子的总能量。

这些是我看书的体会，不一定准确，大家多多批评啊～

如何分析第一原理的计算结果

转自:

转自量化网,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

摘要:

本文总结了对于第一原理计算工作的结果分析的三个重要方面，以及各自的若干要点用第一原理计算软件开展的工作，分析结果主要是从以下三个方面进行定性/定量的讨论:

1、电荷密度图（chargedensity）;

2、能带结构（EnergyBandStructure）;

3、态密度（DensityofStates，简称DOS）。

电荷密度图是以图的形式出现在文章中，非常直观，因此对于一般的入门级研究人员来讲不会有任何的疑问。

唯一需要注意的就是这种分析的种种衍生形式，比如差分电荷密图（def-ormationchargedensity）和二次差分图（differencechargedensity）等等，加自旋极化的工作还可能有自旋极化电荷密度图（spin-polarizedchargedensity）。

所谓“差分”是指原子组成体系（团簇）之后电荷的重新分布，“二次”是指同一个体系化学成分或者几何构型改变之后电荷的重新分布，因此通过这种差分图可以很直观地看出体系中个原子的成键情况。

通过电荷聚集（accumulation）/损失（depletion）的具体空间分布，看成键的极性强弱;通过某格点附近的电荷分布形状判断成键的轨道（这个主要是对d轨道的分析，对于s或者p轨道的形状分析我还没有见过）。

分析总电荷密度图的方法类似，不过相对而言，这种图所携带的信息量较小。

能带结构分析现在在各个领域的第一原理计算工作中用得非常普遍了。

但是因为能带这个概念本身的抽象性，对于能带的分析是让初学者最感头痛的地方。

关于能带理论本身，我在这篇文章中不想涉及，这里只考虑已得到的能带，如何能从里面看出有用的信息。

首先当然可以看出这个体系是金属、半导体还是绝缘体。

判断的标准是看费米能级和导带（也即在高对称点附近近似成开口向上的抛物线形状的能带）是否相交，若相交，则为金属，否则为半导体或者绝缘体。

对于本征半导体，还可以看出是直接能隙还是间接能隙:

如果导带的最低点

和价带的最高点在同一个k点处，则为直接能隙，否则为间接能隙。

在具体工作中，情况要复杂得多，而且各种领域中感兴趣的方面彼此相差很大，分析不可能像上述分析一样直观和普适。

不过仍然可以总结出一些经验性的规律来。

主要有以下几点:

1）因为目前的计算大多采用超单胞（supercell）的形式，在一个单胞里有几十个原子以及上百个电子，所以得到的能带图往往在远低于费米能级处非常平坦，也非常密集。

原则上讲，这个区域的能带并不具备多大的解说/阅读价值。

因此，不要被这种现象吓住，一般的工作中，我们主要关心的还是费米能级附近的能带形状。

2）能带的宽窄在能带的分析中占据很重要的位置。

能带越宽，也即在能带图中的起伏越大，说明处于这个带中的电子有效质量越小、非局域（non-local）的程度越大、组成这条能带的原子轨道扩展性越强。

如果形状近似于抛物线形状，一般而言会被冠以类sp带（sp-likeband）之名。

反之，一条比较窄的能带表明对应于这条能带的本征态主要是由局域于某个格点的原子轨道组成，这条带上的电子局域性非常强，有效质量相对较大。

3）如果体系为掺杂的非本征半导体，注意与本征半导体的能带结构图进行对比，一般而言在能隙处会出现一条新的、比较窄的能带。

这就是通常所谓的杂质态（dopingstate），或者按照掺杂半导体的类型称为受主态或者施主态。

4）关于自旋极化的能带，一般是画出两幅图:

majorityspin和minorityspin。

经典的说，分别代表自旋向上和自旋向下的轨道所组成的能带结构。

注意它们在费米能级处的差异。

如果费米能级与majorityspin的能带图相交而处于minorityspin的能隙中，则此体系具有明显的自旋极化现象，而该体系也可称之为半金属（halfmetal）。

因为majorityspin与费米能级相交的能带主要由杂质原子轨道组成，所以也可以此为出发点讨论杂质的磁性特征。

5）做界面问题时，衬底材料的能带图显得非常重要，各高对称点之间有可能出现不同的情况。

具体地说，在某两点之间，费米能级与能带相交;而在另外的k的区间上，费米能级正好处在导带和价带之间。

这样，衬底材料就呈现出各项异性:

对于前者，呈现金属性，而对于后者，呈现绝缘性。

因此，有的工作是通过某种材料的能带图而选择不同的面作为生长面。

具体的分析应该结合试验结果给出。

（如果我没记错的话，物理所薛其坤研究员曾经分析过$\beta$-Fe的（100）和（111）面对应的能带。

有兴趣的读者可进一步查阅资料。

）

原则上讲，态密度可以作为能带结构的一个可视化结果。

很多分析和能带的分析结果可以一一对应，很多术语也和能带分析相通。