材料计算实验报告

1、材料计算实验报告学生实验实习报告册 学年学期：20_-2021 学年 o 春 o 秋学期 课程名称：课程设计（小型软件系统） 学生学院：理学院 专业班级：11921701 学生学号：20_213260 学生姓名：联系电话：指导教师：总评成绩：_邮电大学教务处制课程设计（小型软件系统）要求通过本课程设计，了解当代计算材料学之材料设计和计算及模拟的理论基础、发展历程。初步掌握LINU_K统的基本操作、脚本编写。熟悉常用的材料计算软件的使用，并能够通过模拟计算，获得常见的简单晶体结构的几何和电子性质。具体要求：通过前期的课程学习和网络调研，了解第一性原理计算的理论基础；通过课程学习和实践操作，初步掌

2、握 LINU_K统的基本操作；学会根据实验测试数据（如_RD TEMIO ,利用FINDIT软件获得已知材料 体系的晶体结构；学会禾I用VESTA MATERIALSSTUDIOUEDIT等软件对晶体结构进行查看、结 构调节，最终准确获得初始计算模型；5.学会利用 VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKAGEW VASP 软件，获得晶体 结构稳定构型、电荷密度分布、电子态密度、能带结构、声子谱、结合能等；学会利用P4VASP ORIGIN等软件进行数据转换和作图；能够利用所学的量子力学、固体物理、半导体物理学知识，分析”晶体结构、电荷密度分布、电子态密度以及能带结构。实验名

3、称 系统建模与仿真实验课程编号 A2110260 实验地点 SL110实验时间 6.15-6.19一、课程设计目的：目的：通过本课程设计，了解当代计算材料学之材料设计和计算及模拟的理论基础、发展历程。初步掌握 LINU_K统的基本操作、脚本编写。熟悉常用的材料计算软件的使用，并能够通过模拟计算，获得常见的简单晶体结构的几何和电子性质。二、课程设计使用的仪器、软件：仪器：计算机。软件：FINDIT、 VESTA、 MATERIALSSTUD、IOUEDIT、 VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKA、GEP4VAS、P ORIGIN。三、课程设计要求：通过前期的课程学习和网络

4、调研，了解第一性原理计算的理论基础；通过课程学习和实践操作，初步掌握 LINU_K统的基本操作；学会根据实验测试数据（如_RD TEM?）,利用FINDIT软件获得已知材料 体系的晶体结构；学会利用VESTA MATERIALSSTUDIOUEDIT等软件对晶体结构进行查看、结构调节，最终准确获得初始计算模型；学会利用 VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKAGEW VASP 软件，获得晶体 结构稳定构型、电荷密度分布、电子态密度、能带结构、声子谱、结合能等；学会利用P4VASP ORIGIN等软件进行数据转换和作图； 7.能够利用所学的量子力学、固体物理、半导体物理学知识

5、，分析” 晶体结构、电荷密度分布、电子态密度以及能带结构。四、课程设计原理：研究体系的复杂性表现在多个方面，从低自由度体系转变到多维自由度体系，从标量体系扩展到矢量、张量系统，从线性系统到非线性系统的研究都使解析方法失去了原有的威力。因此，借助于计算机进行计算与模拟恰恰成为唯一可能的途径。复杂性是科学发展的必然结果，计算材料科学的产生和发展也是必然趋势，它对一些重要科学问题的圆满解决，充分说明了计算材料科学的重要作用和现实意 义。采用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法。使用目前常用的商业软件包,VIENNAABINITIOSIMULATIONPACKAGE(VASP打模拟。离子实与价电子层

6、的 相互作用采用投影缀加平面波震势 (PROJECTORAUGMEN=TEDWAV来描述。交换 相关能采用广义梯度近似(GGA冲的PBE泛函描述。为了更好地描述层问作用，在 计算时，用OPTPBE-VDWt进行范德华尔斯修正。平面波基组截断能设置为 400eV。结构优化和静态计算时的布里渊区 K点采样网格分别为3X3X3和 4X4X4。原子完全弛豫，直至各原子之间的力小于0.01eV?-1 ,结构弛豫结束。五、课程设计思路、步骤：1、打开FINDIT软件，查找MoS2选择晶月包参数为3.16 ,如下图 图1查找 MoS2t据 导出MoS2t据，注意彳存格式为.cif 。2、将保存好的文件(ic

7、sd.cif )直接拖入MATERIALSSTUDIO件，即可以看 到MoS2的单个晶胞结构，点击鼠标右键选择 Displaystyle 中的CP3项，调整原 子为合适大小，点击viewacross 查看模型的正面图(图 2)，之后点击viewonto查看模型的俯视图（图3），最后，保存文件到指定文件夹，文件命名为MoS2-BULK.Cif。图2.MoS2正视图3.MoS2俯视图3、将保存好的文件（MoS2-BULK.cif）直 接拖入VESTA软件，转动一下即可以看到 MoS2的单个晶胞结构，再点击左下角的 Properties-icsd.cif 进入参数设置，第 1 选择 General

8、里的 Singleunitcell 即 可以看见一个更规整的晶胞结构；第 2点击Atoms,在里面可以选择Mo S两个原 子的颜色；第3点击edit中的Bonds,点击new后把A2改为S,将Ma_length改 为 3。调整完后可得到下图（图4），最后保存文件，命名为icsd.vasp 。图4 4、将icsd.vasp文件用Uedit32打开，可以得到 MoS21j胞的坐标数 据。5、计算部分: 采用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法。使用目前常用的商业软件包 VIENNAABINITIOS IMULATIONPACKAGE（VASP）亍模拟。离子实与价电子层的相互作用采用投影缀加平面波

9、赝势（ PROJECTORAUGMEN= TEDWAVE,PAW）来描述。交换相关能采用广义梯度近似（GA）中的PBE泛函描述。为了更好地描述层 间作用，在计算时，用TPBE-DM法进行范德华尔斯修正。平面波基组截断能设置为400eV。结构优化和静态计算时的布果渊区 K点采样网格分别为3X3X3和 4X4X4。原子完全弛豫，直至各原子之间的力小于0.01eVA,结构弛豫结束。（ 1）打开 _shell 软件，建立会话并进入自己的分组,拷贝 4 个文件INCAR、KPOINTS POSCAR vdw_kernel.bindat 。在 POSCAR拷入刚得至阴勺 MoS2tft胞的 坐标数据，修改

10、INCAR中的数据，通过一系列操作，最后输入运行代码 nohupmpirun -np 8 vasp_std 1.out 进行结构优化计算。通过结构优化后可以得至ij CONTCAR导出。（ 2）接下来进行静态计算。创建新的文件夹static, 进入该文件夹后导入结构优化后的CONTCARPOSCAR注意还要考入没有结构优化之前的INCAR KPOINTS 并修改 KPOINTS 4X4X4。同样输入运行代码 nohupmpirun -np 8 vasp_std 1.out 进行静态计算。得到CHGCA、Rvasprun._ml 并导出。6、将CHGCAR入VESTAL进行参数更改。第1选才?

11、General里的 Singleunitcell即可以看见一个更规整的晶胞结构；第 2点击Atoms,在里面可以选择 Mo、S两个原子的颜色；第 3选择Isosurfaces 里的New 将Isosurface level改为0.05即可得到下图5 图5MoS21j胞7、通过一个脚本文件vaspkit 的计算，可以得到 TDOS.dat 并导出，再由脚本文件的另外一个计算可导出 PDOS_Mo.da、t PDOS_S.dat, 接着新建一个e_cel 文档导入TDOS.dat、PDOS_Mo.dat PDOS_S.dat中的数据并进行处理，将处理的数据导入Origin中再处 理，即可得到下图 6 图 6 8 、再创建文件夹bands, 将 CHGCA、RPOSCA、RPOTCARvdw_kernel.bindat 拷贝进该文件夹，再将前面的 INCAR KPOINT潴 入。在 Matstudi 软件中点击Tools Brillouin zone path 可得到下图 7 图 7最后在 bands 中用脚本文件计算，可以得到 REFORMATTED_BAND.Dat 并导出。相同的方法在E_cel 中处理数据再导入Origin 中再处