第一性原理计算

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1、实验一、第一性原理计算1.实验目的(1)掌握第一性原理和密度泛涵的计算方法；(2)学会使用Visualizer的各种建模和可视化工具；(3)熟悉CASTEP模块的功能。2.实验原理CASTEP是基于密度泛涵理论平面波赝势基础上的量子力学计算。密度泛涵理论的基本思想是原子、分子和固体的基本物理性质可以用粒子密度函数进行描述。可以归纳为两个基本定理：定理1：粒子数密度函数是一个决定系统基态物理性质的基本参量。定理2：在粒子数不变的条件下能量对密度函数变分得到系统基态的能量。不计自旋的全同费米子的哈密顿量为：其中动能项为：库仑作

2、用项为：V为对所有粒子均相同的局域势u(r)表示的外场影响：粒子数密度函数为：对于给定的，能量泛函定义为：；系统基态的能量：3.实验内容材料的电子结构计算；4.实验设备和仪器(1)硬件：多台PC机和一台高性能计算服务器。软件：主要利用Materialsstudio软件包里的MaterialsVisualizer和CASTEP模块5.实验步骤155.1建立所研究材料的结构模型①按照所研究材料的晶胞参数建立晶体结构。方法是可以自己建立模型，也可以在软件自带的结构库中直接读入结构文件。如：在菜单栏中选择File

3、Import，进

4、入structures/nanotubes文件夹，选择TiCl3文件.②按照计算需要对晶胞内的原子进行替换，并用Build

5、Symmetry

6、PrimitiveCell将模型设置为原胞形式。5.2设置并运行量子力学计算在工具栏中选择CASTEP模块。其对话框如下图。步骤1：几何优化①选择Setup项，将Task项设置为GeometryOptimization，标准设为Fine,点击此对话框中的More按钮，在OptimizeCell项前打钩，关闭对话框。1515②选择JobControl按钮，点击此对话框中的More按钮，

7、设置Gateway，选择在本机计算还是在服务器上计算。15③选择Properties按钮在Densityofstates和选项前打钩15按下Run按钮，开始运行计算。关闭对话框。15步骤2：判断计算结果是否正确①在ProjectExplorer工作栏内,双击.castep文件，将其激活。②在菜单栏中选择Edit

8、Find键入completedsuccessfully 查找到此文字，找到后向上几行，有一个两行的表格，如果两行显示都为“yes”，说明计算正常结束。否则要继续进行运算。151515155.3计算结果分析在计算结果

9、文件夹中激活.xsd文件。在工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Analysis，选择Electrondensity项，按下Import按钮，电子的等值面就显示在结构中。1515实验1.打开CASTEP的Analysis对话框，选择densityofstates项，按下View按钮；151515