Os原子MS计算模拟报告

1、计算材料物理上机报告Os结构与性质的GGA/LDA+(泛函形式例如PBE、RPBE等)法计算模拟学院（系）： 材料科学与工程 年级专业： 2011级材料物理 学 号： 110102030021 学生姓名： 郭霖 指导教师： 向建勇 2014年 6月 16日一实验题目：Os元素的结构优化与能量优化二绪言 锇是金属单质中密度最大的，熔点3045，沸点5300以上。六方密集晶格。灰蓝色金属，硬而脆。金属锇极脆，放在铁臼里捣，就会很容易地变成粉末，锇粉呈蓝黑色。锇的蒸气有剧毒，会强烈地刺激人眼的粘膜，严重时会造成失明。金属锇在空气中十分稳定，锇金属粉末可自燃，粉末状的锇易氧化锇在工业中可以用做催化剂。

2、CASTEP最先由英国剑桥大学凝聚态理论小组开发，它采用密度泛函理论模拟很大一类材料固体、界面和表面的性质。CASTEP基于总能量的平面波赝势理论，运用原子数目和种类来预测包括晶格参数、分子对称性、结构性质、能带结构、固态密度、电荷密度和波函数、光学性质。高效并行版本可以模拟包含数百原子的大系统。本文基于第一性原理，利用CASTEP进行模拟计算给出了Os的优化后的结构和能态密度以及一些光学性质，并且计算了加压后一些性质的变化情况。三实验目的： 1.学习、掌握用MS软件进行模拟计算 2. 了解CASTEP模块所使用的函数模型 3.掌握使用CASTEP模块进行计算的方法4.了解过渡金属Os的结构结

3、构参数及某些性能四计算内容：1.计算材料：金属材料Os 2.计算方法：GGA、PBE五计算结果介绍及结论：1.计算过程： （1）生成Projects a.运行Material Visualizer b.创建新的Project(在D盘中创建名为guolin的Project） （2）建立模型 a. 点击工具栏上的build，选择build crystal ，输入Os的空间群和晶格常数，空间群194，晶胞参数a = 273.44 pm，b = 273.44 pm，c = 431.73 pm， = 90°， = 90°， = 120°b. 点击build，选择add at

4、oms，添加Os原子 ， a =1/3，b = 2/3，c = 1/4. （3）对Os进行结构优化打开Calculation ，选择Geometry Optinization进行结构优化。用CASTEP进行计算，CASTAP几何优化任务允许改善结构的几何，获得稳定结构。通过一个迭代过程来完成这项任务，迭代过程中调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。（4）对结构优化前的Os进行X射线衍射打开结构优化前的Os结构模型，点击Reflex Tools按钮，选择Powder Diffraction,并调整2（5度-90度）角及其他相关参数。（5）对结构优化后的Os进行X射线衍射 打开结构优化前的O

5、s结构模型，点击Reflex Tools按钮，选择Powder Diffraction,并调整2（5度-90度）角及其他相关参数（6）对结构优化后Sb的进行能量优化 打开Calculation 对话框，选择Energy进行能量优化（7）能带结构及态密度计算 在Calculation 对话框中选择Optical properties(对Function中的6个选项分别进行计算),选择Band Structure和Density of States进行计算。2.计算结果a.结构的优化前后对比（如图）图.优化前 图.优化后优化前：晶格常数 a=b=2.735000A , c=4.319000A 夹角

6、 =90°, =120°优化后：晶格常数 a=b=2.887967A , c=4.522570A 夹角 =90°, =120° Current cell volume（晶胞体积）=32.666346 A*3 Final Enthalpy（焓）=-5.05120166E+003 eV Final bulk modulus（体弹模量）= 65.89919 GPa 可以看出，优化前后晶胞参数有明显改变，说明原来建立晶胞时的参数需要进行优化。b.优化后Os的X射线衍射图谱(如图）图.优化前Os的X射线衍射图谱图.优化后Os的X射线衍射图谱由图中可以看出明显的衍射

7、峰，没有宽化，表明晶体结构的完整性。c.能量优化后Os的能带图（如图）图.能量优化后Sb的能带图纯Os金属，具有六方晶格结构。从上图能带图中可以看出：能带之间在费米面附近有交叠，这就使它有了导电性，但是，也可以从能带图中看出其能带交叠，但不是很多，则其对导电有贡献的载流子数略小于普通的金属。d.能量优化后Sb的态密度图（如图）图.总态密度DOS图.分波态密度PDOS从上图中可以看出：有分波DOS跨过费米能级，费米面附近有电子能级分布，则该体系是金属。 从图中亦可以看出，主要是sum轨道和d轨道中的电子对Os的导电性做贡献。e.反射率图.反射率反射率为物体表面的反射通量与入射通量之比，它是对某一

8、特定波长而言，如涉及的是一个较宽的谱段，则称之为“反照率”。锇的紫外线反射率很高,；可见光范围内，反射率在550-600范围内波峰最高，则黄光反射率最高。 f.介电函数图.介电函数介电函数作为沟通带间跃迁微观物理过程和固体电子结构的桥梁，可以反映出固体能带结构及其他各种光谱信息。电磁波在介质中传播，当需要考虑吸收的影响时，介电常数要用复数来描述。介电函数的实部为介电常数，虚部为损耗因子。g.导电性图.电导率电导率在介质中该量与电场强度之积等于传到电流密度。对于各向同性介质，电导率是标量；对于各向异性介质，电导率是张量。在可见光能量范围内导电性能变化波动较大。h.损耗函数图.损耗函数损失函数描述

9、了当电子快速通过材料时能量的损失。由图可以看出，在可见光的能量为3.25ev处，光的损失率达到最大。i.可见光吸收图.可见光吸收由图对比可以看出吸收率整体降低。通过与反射图谱的比较，可以看出吸收率与反射率的趋向大体上是一致的。符合如果一种固体强烈地吸收某一光谱范围的光，它就能有效的反射在同一光谱范围内的光的理论。j.折射率图.折射率折射率表示光在真空中的相对速度与光在介质中的相对速度之比值，同一单色光在不同介质中传播，频率不变而波长不同。以表示光在真空中的波长，n表示介质的折射率，则光在介质中的波长'为：'=/n。折射率实部表示该物质的色散性质，虚部表示该物质的吸收性质。3结论

10、用MS中的CASTEP模块研究Os，先进行了晶胞结构的优化，然后在此基础上进行能量优化，再研究的能带结构和基本性质。得到Os的X射线衍射图谱，能带结构和能态密度以及光学性质中的反射率，吸收率，折射率，介电常数，导电率和损失常数。计算表明优化后的晶格常数和能量没有十分明显的变化；锇为过渡金属，虽具有导电性，但比较普通金属较弱；锇的紫外线反射率很高；可见光中黄光反射率最高。六.参考文献1.黄昆 韩汝琦 固体物理学 高等教育出版社 1988年版 110-115及437-4522.计算材料学基础 张悦等 2007.6 北京航空航天大学出版社 3.MS castep 高级教程4.能带中部分概念的理解小结（量子化学网）5.能带结构和态密度图的绘制及初步分析6.王富耻 材料近代分析方法 2006年03月 北京理工大学出版社7.仪器信息网 网文（8. Antonov, V. E.; Belash, I. T.; Malyshev, V. Yu.; Ponyatovsky, E. G. The Solubility of Hydrogen in the Platinum Metals under High Pressure. Platinum Metals Revie. 1984, 28 (4): 158163.计算材料物理上机报告评分表上机表现（满分5分） 工作态度（认真