用第一性原理预测 AlAs 的晶格参数
背景：最近在密度泛函理论方法(DFT)应用于大周期系统的研究方面的进展在解决材料设计 和加工上变得越来越重要。该理论允许对实验数据进行解释，测定材料的潜在性质等等。这 些工具可以被用来指导新材料的设计，允许研究者了解潜在的化学和物理过程。 本指南描绘了 CASTEP 是如何使用量子力学方法来测定材料的晶体结构，使用者将学会如 何构建晶体结构，设定一个 CASTEP 几何优化任务，然后分析计算结果。 本指南运行的几何优化任务需要耗费巨大的计算时间。 1. 构建 AlAs 晶体结构 构建晶体结构，需要了解空间、晶格参数和晶体的内坐标等知识。对 AlAs 来说，空间 是 F-43m，空间代号为 216。基态有两个原子，Al 和 As 的分数坐标分别为(0, 0, 0)和(0.25, 0.25, 0.25)，晶格参数为 5.6622 Å.。 第一步是建立晶格。 在 Project Explorer 内，右击根目录选择 New | 3D Atomistic Document。右击该文件，将该文 件重新命名为 AlAs.xsd。 从菜单栏里选择 Build | Crystals | Build Crystal。 Build Crystal 对话框显示出来。
点击 Enter group 输入 216，按下 TAB 按钮。
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properties文件用什么打开空间信息更新为 F-43m 空间。 选择 Lattice Parameters 标签栏，把值从 10.00 变为 5.662。点击 Build 按钮。 一个空白的 3D 格子显示在 3D Atomistic 文件里。现在可以添加原子。 选择菜单栏里的 Build | Add Atoms。
使用这个对话框，可以在确定的位置添加原子。 在 Add Atoms 对话框上，选择 Options 标签栏。确认坐标系统设置为 Fractional。选择 Atoms 标签栏。在 Element 文本框里，输入 Al，然后按下 Add 按钮。 铝原子被添加到结构中。 在 Element 文本框中，输入 As。在 a、b 和 c 文本框分别输入 0.25。按下 Add 按钮。关闭此 对话框。 原子被添加到结构中， 对称算符被用来建立晶体结构中的剩下的原子。 原子也会显示在相邻 元胞中，这描绘了 AlAs 结构的化学键的拓扑图像。 从菜单中选择 Build | Crystals | 。按下 ReBuild 按钮。 外部原子被移走，并且晶体结构显示出来。可以把显示模式改为球棍模式。
verilog中integer什么意思右击结构文件，选择 Display Style。在 Atom 标签栏上，选择 Ball and stick 选项。关闭此对 话框。 3D Viewer 内的晶体结构是传统元胞，显示了晶格的立方对称性。CASTEP 使用晶格的完全 对称性，如果存在的话。这样，每个元胞包含两个原子的原始晶格可被用来计算，这与包含 了 8 个原子的传统晶格不同。电荷密度、键长和每个原子的总能量将是一样的，而不管这个 元胞是如何被定义的。这样，在元胞中使用了较少的原子，计算时间将被缩短。 Note：在计算磁系统时需要注意对自旋极化的计算，这时候电荷密度自旋波的周期是原始元 胞的数倍。 选择菜单栏里的 Build | Symmetry | Primitive Cell。 模型文件显示为原始胞。若要在幻灯片上配合讲解做
2. 设置 CASTEP 计算任务 选择工具条中的 CASTEP 工具，然后选择 Calculation。 CASTEP 的 Calculation 对话框显示为：
dword怎么读现在需要对结构进行几何优化。 把 Task 改为 Geometry Optimization，计算精度设置为 Fine。 优化的默认设置是只对原子的坐标进行优化。然而，本例中，在对原子坐标进行优化的同时 也要对晶格进行优化。 按下与 Task 相关的 More…按钮，勾选上 Optimize Cell 关闭此对话框。 当改变计算精度的时候，其他的参数也会自动作相应的变化。 选择 Properties 标签栏。 在 Properties 栏里，可以指定需要计算的性质。 勾选上 Band structure 和 Density of states。 在实时更新的时候，也可以指定工作控制选项。 选择 Job Control 标签栏，按下 More…按钮。在 CASTEP Job Control Options 对话框里，改 变 Update interval 为 30.0 s，关闭此对话框。 按下 Run 按钮，关闭对话框。 几秒钟后，一个新文件夹出现在 Project Explorer 内，该文件夹包含了所有的计算结果。 Job Explorer 显示了所有正在运行的工作的状态。它显示了很多有用的信息，包括服务器和 工作代码。如果需要，也可以通过此来中止运行工作。 在工作运行过程中，四个文件打开了。这些文件包含了晶体结构、在优化过程中的模型的更 新，包含了工作设置参数和运行信息的状态文件，以及一个关于总能量和能量、应力、压力 和位移为循环次数函数的图表。 当工作结束时，文件会被传回到客户端，这个视乎文件的大小而所需时间有所不同。 3.分析计算结果 当结果文件被传输回来，会得到包含下列的数个文件：
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AlAs.xsd – 最后的优化结构 d - 一个轨迹文件，包含了每一步的结构 AlAs.castep – 包含了优化信息的输出文本文件 AlAs.param –模拟所用输入参数
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计算任何一个性质，都回产生.param 和.castep 文件。
在 AlAs 结构中，因对称性应力为 0，但是压力的大小取决于晶格参数。这样，CASTEP 就 会努力去最小化系统的总能量和压力。因此，为保证计算能够合适地完成，选上压力收敛是 非常重要的。 在 Project Explorer 内，点击 AlAs.castep 为当前工作文件。选择菜单栏里的 Edit | ， 输入“completed successfully”，按下 Find Next 按钮。 看到一个含有两行的表格，最后一列的每一行都显示为 Yes，这表明计算成功地结束。 4. 与实验数据对比 从开始时创建晶胞，就知道晶格长度为 5.6622 Å。因此，可以把最小化后的晶格长度与初始 的实验数据相比较。实验晶格长度是基于传统胞，而不是原始胞，因此需要加以转换。 双击 AlAs.xsd 使其为当前工作文件。从菜单栏里选择 Build | Symmetry | Conventional Cell。 传统胞显示出来。 有数种方法看到晶格长度， 最简单的一种就是打开 Lattice Parameters 对话 框。 右击模型文件，选择 Lattice Parameters。 格矢大约为 5.634 Å，误差大约是-0.5%。这在 1-2%典型误差范围内，这个误差值是赝势平 面波方法与实验结果比较的期望误差。 继续之前，需要保存工作，并关闭所有窗口。 选择菜单栏上的 File | Save Project，然后是 Window | Close All。 5.可视化电荷密度 可以用 CASTEP 分析工具得到电荷密度。 从菜单栏里选择 CASTEP，然后选择 Analysis。选择 Electron density 选项。 有消息说没有什么结果文件，所有需要指定结果文件。 在 Project Explorer 内，双击 AlAs.castep。 这将把结果文件和分析对话框关联起来；但是还需要指定一个 3D 文件来显示等密度面。 在 Project Explorer 内，双击优化后的 AlAs.xsd
文件。选择菜单栏里的 Build | Symmetry | Primitive Cell。 CASTEP Analysis 对话框上的 Import 按钮现在是激活状态。 按下 Import 按钮。

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