计算材料学实验分析

实验四运用MaterialStudio分析研究晶体材料性能姓名：高峰学号：班级：材料物理1303日期：.3.29一、实验目的1、理解MaterialStudio(MS)软件中有关固体材料科学设计各个模块功效；2、掌握在MS软件MaterialsVisualizer子模块中创立晶体构造模型；3、掌握在MS材料计算软件中研究晶体材料性质的办法；4、掌握查看和分析晶体材料属性的办法。5、分析AlAs晶体的晶格常数、态密度、能带图等性质。二、实验原理及办法MaterialsStudio是世界上出名的计算材料软件，其拥有十分强大的材料计算和设计功效。该软件中的MaterialsVisualizer子模块，可用于构建晶体模型。根据晶体学与本课程所学知识，每种晶体都有其特有的晶体构造排布，每个原子占据一定的原子位置，每种晶体都含有对应的晶格常数、对称性等晶体学数据。MaterialsVisualizer子模块可给出晶体构造的直观模型，并能够分析出晶体的晶格参数、空间群、原子坐标的数据。CASTAP是特别为固体材料学而设计的一种当代的量子力学基本程序，其使用了密度泛函(DFT）平面波赝势办法，进行第一原理量子力学计算，以探索如半导体，陶瓷，金属，矿物和沸石等材料的晶体和表面性质。MaterialStudio使用组件对话框中的CASTAP选项允许准备，启动，分析和监测CASTAP服役工作。CASTAP的任务：能量任务、几何优化任务、动力学任务、性质任务。三、实验仪器MaterialsStudio软件、计算机。四、实验环节1.构建晶体模型（1）创立空的单胞：build--buildcrystal，选择适宜的空间群和晶格常数。（2）添加原子：build--addatoms输入原子种类及原子坐标。若有原子在晶胞外，选择rebuild。（3）构建原胞：build--symmetry–primitivecell。2.晶体模型计算（1）构造优化：modules--CASTEP–calculation--setup--task--geometryoptimization，计算精度根据计算的时间规定及单胞中的原子个数，普通选为fine；函数选默认的GGA-PBE办法。（2）性质计算：在setup的同级对话框中选择properties，CASTEP可完毕的性质计算及计算过程中的计算精度控制等都能够在本对话框中进行选择。然后点击run，开始进行计算。3.晶体模型分析根据Modules--CASTEP--analysis工具，能够分析出已计算的晶体性质。五、实验成果分析1.AlAs晶体构造AlAs空间群是F-43m，它的晶格参数为5.6622埃，根据环节对AlAs晶体计算。计算后优化的3D视图的晶胞以及其电子密度等能面以下图所示：半导体（AlAs晶胞）的能态密度和能带构造图以下：从以上的图中能够看出，上方区域的线条表达的是导带，下方区域的线条表达价带，中间空白区域是禁带。禁带宽度在半导体范畴内，这表明AlAs晶体含有半导体的性质。在态密度曲线图中，虚线表达的是费米能级。能带图显示的是在布里渊区中K矢量沿着高对称性方向上的电子能量依赖度。一种原子的一种原子轨道在一维周期条件下将产生一条能带，能带的带宽取决于这些原子轨道的在周期方向上的成键强度，强度越大，带宽越大，成键越弱，带宽越小。介电函数与频率的关系曲线以下图所示：能量变化、最大位移量、最大内力、最大应力的收敛变化规律以下图所示：从上图的吸取度和频率关系能够看出，先快速增加再逐步下降，重要形成一种峰值。NaCl晶体构造NaCl空间群是225-FM3M，它的晶格参数为5.642埃，根据环节对NaCl晶体计算。计算后优化的3D视图的晶胞以及其电子密度等能面以下图所示：Nacl晶胞的能态密度和能带构造图以下：图中上方区域的线条表达导带，下方区域的线条表达价带，中间空白区是禁带。态密度曲线中，虚线为费米能级。能看出NaCl的禁带宽度很大。能带的分析与上AsAl相似能够参考以上的分析，此处不再赘述了。介电函数与频率的关系曲线以下图所示：能量变化、最大位移量、最大内力、最大应力的收敛变化规律以下图所示：从上图的吸取度和频率关系能够看出，先快速增加再逐步下降，重要形成两个峰值，再吸取度较低是形成两个相对较小的峰值。实验总结本次实验是第一次接触MaterialStudio(MS)软件，初步学习和掌握了MS软件的各个模块的功效，并运用MS对构造的晶体构造模型进行计算和分析。固然，这一堂课只是一种初步的理解和学习，还要继续发现学习其它更为有用的