国内第一MS（material studio）学习实例新手第一步必看materials studio 材料学 分子模拟

1、Materials studio 使用笔记使用materials studio 首先建一个project （当然也可以打开一个之前的project啦）这里将之命名为NaCl.stp按OK完成新建project操作。以下是新建project后的materials studio UI界面：这里有几个重要的窗口，可分为这三类：一、job，己完成的、正在跑的；二、project，各种输入与输出文件，可以查看结果、修改输出入的相关设定；三、property，材料的原子及电子结构3D模型等物性数据，例如晶体晶胞边长、原子元素种类等等。从Veiw的Explorer可见：jobExploroer、projec

2、t exploroer、property explorer。job explorer显示运行的job，近端远程的状态都可以显示。 project explorer默认值是开着的，project的相关对象，如文字输出、3D结构等等，job相关的目录、文件等。 property explorer，在MS相对Cerius2而言是新的东西。只要是3D对象有呈现的状况之下，可以直接在上面显现出各种可以看得见的特性还有可以改得了的选项。现在，我们需要一个晶胞结构，用于演示CASTEP计算。这个结构可以是import 的，也可以是自己手动建立。Import方式可以通过File-import,导入struct

3、ure内建的结构。手动建立方式如下：先建立一个3D atomistic Document,方式如上但不限于以上，还有其他几种方式各位按习惯选择。建完后：Build-crystal-Buildcrystal此时会打开Build crystal 对话框如下，根据icsd查询的NaCl晶体参数，输入进去：space group：225显示出NaCl的FM-3M结构Attice parameter 填写晶格常数，比如a,b,c及三个角度值这里，钠的a=b=c=5.64Options里基本只要用预设值即可按apply或Build即可生成晶格模型添加原子方式很多，这里也仅取一种方便的方式如下选择Na和Cl

4、原子，钠的abc选0，Cl选0.5如下， 分别按add,完成原子的添加，完成后三维图如下，是因为没有进行旋转，此时选工具旋转，即可得到从别的角度看见的三维图更改三维显示方式可以在三维图上单击右键，在弹出的菜单中选display style设置3D格式，如atom中我选择stick等就产生了形状的模型。当然，上述右键菜单还有label菜单可以加入一些标签来标明各个原子等等。此时做出来的晶胞并不是premitive unit cell(最简单的晶体结构)，可以在Build-symmetry-premitive cell ，这样，计算时可以大大节约时间选择后产生如下结构接下来是应用CASTEP来计算

5、，操作如下 弹出对话框 electronic选单控制计算精确度，点里面的more按钮弹出electronic option选单，有basis、kpoint、scf、potentials等选项，可以设置来增加计算效能。在scf这里勾选fixoccupency。fix occupency只能用在绝缘体，可以节省绝缘体的计算时间，不然它会当作金属来算。这个选单里面有许多属于专家级的微细调控，当末来你所需要的精确度跟你所能允许的计算时间性能要有一个权衡的时候你就要靠这些相关数值的调控来做到花最少时间来做到最精密的计算。重要的一点现在我们来到 property 这里，刚刚在 setup 选项里面选了 t

6、asks 的 energy，那么在 property 里进可以进一步指定我要附加计算哪一些特性：比如说 能带结构 density of state 光学性质有与趣可以试试不同种类计算。注意，phonon dispersion 跟 phonon density of state相当耗时间， pc 机有可能需要计算三两天甚至一两周，看你不同的晶胞大小；其它都还算是比较不会太费时。现在为了示范光学计算，只选择能带结构，态密度跟optical property ，其中态密度这个部份我进一步还要选择要求计算投影态密度，projected density of state ，那这个其它的就用默认值。在jo

7、b control里gateway location指定在哪一台计算机运行；选my computer在本机运行；为了将来管理方便最好自己指定job description名称。把automatic的勾取消掉，取名称NaCl，然后就可以按底下的run。如果是在远程的机器上运行，如果勾选more选单里面的retain server file，完成的时候文件会在server上留一份而不会被删除，但是这样会占用服务器的硬盘空间。按run，在job description的地方可以看到job以及随机数取出来的id，在哪一台机器上跑，用了什么东西跑server，就是用什么东西跑castep，状态等等，如果

8、想让它中止可以用鼠标点选该job，按右键有一个action可以看可以做什么。目前因为job正在跑，唯一能做的就是stop它运行可能需要些时间，所以要耐心等候，此时也可以做别的事，只要让电脑自己运行着就好了，运行完后，会弹出一个对话框说明successfully-completed。点OK关闭它，回到MS的界面，其出现一个文本框，内容如下：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此即计算结果。接下来我们分析它：将之关闭，回到3D界面，选择CASTEP中analysis功能，选电子云密度，打开刚刚所进行的计算的.castep文件或3d空间结构.xsd，extended structure data这一个，它知道resu

35、lt file是NaCl.castep。如果再把它关起来，现在又没有file available。同样如果把NaCl.castep开起来，它也晓得result files是这个，但是不同的是，一样是electron density，它会不让你import，原因是打开虽然是符合它output对象的.castep文件，但.castep是一个文本文件，不可能把电荷密度直接叠在这个文本文件上观看，必需有一个3d对象窗口才能加载电子结构。所以窗体可以提醒你要开启一个合法的3d空间文件。再打开这个.xsd文件，按import把电子云密度载进来，这个载进来的电子云密度可以利用不同方式显示。这是电荷密度的等高面，在analysis选单里面选electron density时，有一个view iso surface on import，默认值是勾起来的，也就是说在载进来时它就会用iso surface来显示