MS CASTEP模块的基本功能设置

目录

1.领先的固态DFT程序：CASTEP

1.1密度泛函基本内容：

 1.2CASTEP平面波赝势法(Planewave-Pseudopotential)

 1.3CASTEP的赝势

 2.基本参数含义及设定

2.1CASTEP可执行的计算任务和性质

2.2 CASTEPCASTEP的参数

 2.3 CASTEP必设参数--设置电子选项

 2.4  平面波 

2.5平面波数与能量截断的关系

 ​编辑 2.6K点

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 ​编辑 2.7 K点路径设置

 ​编辑 2.8CASTEP非必设参数

2.9DFT+D correction色散校正 

 2.10 什么是hubbard U

2.11自旋极化设置

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1.领先的固态DFT程序：CASTEP

− 使用平面波基组和超软赝势

其研究领域包括：

晶体材料结构优化及性质研究（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）

表面和表面重构的性质、表面化学

电子结构（能带、态密度、声子谱、电荷密度、差分电荷密度及轨道波函分析等）

晶体光学性质

点缺陷性质（如空位、间隙戒取代掺杂）、扩展缺陷（晶体晶界、位错）

磁性材料研究 、材料力学性质研究 、材料逸出功及电离能计算

STM图像模拟 、红外/拉曼光谱模拟 、反应过渡态计算 、动力学斱法研究扩散路径

主要内容

密度泛函基本原理介绍 、 基本参数含义及设定 、 结构优化 、 电子结构 、 光谱 、 光学性质

机械性质 、 动力学

1.1密度泛函基本内容：

密度泛函理论(Density functional theory ，缩写DFT)是一种研究多电子体系电子结构的方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。

电子结构理论的经典方法，特别是Hartree-Fock方法和后Hartree-Fock方法，是基于复杂的多电子波函数的。密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函数做为研究的基本量。因为多电子波函数有 3N 个变量（N 为电子数，每个电子包含三个空间变量），而电子密度仅是三个变量的函数，无论在概念上还是实际上都更方便处理。

虽然密度泛函理论的概念起源于Thomas-Fermi模型，但直到Hohenberg-Kohn定理提出之后才有了坚实的理论依据。Hohenberg-Kohn第一定理指出体系的基态能量仅仅是电子密度的泛函。

Hohenberg-Kohn第二定理证明了以基态密度为变量，将体系能量最小化之后就得到了基态能量。

最初的HK理论只适用于没有磁场存在的基态，虽然现在已经被推广了。最初的Hohenberg-Kohn定理仅仅指出了一一对应关系的存在，但是没有提供任何这种精确的对应关系。正是在这些精确的对应关系中存在着近似（这个理论可以被推广到时间相关领域，从而用来计算激发态的性质[6]）。

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 1.2CASTEP平面波赝势法(Planewave-Pseudopotential)

内层电子不会参与成键，不具备化学活性。

内层电子使得计算量更大。

内层电子的主要作用：屏蔽原子核的势

         采用赝势前后，能量本征值不变化。

        采用赝势前后，价电子波函数在Rc外的分布不变

        在“ 冷冻”内层电子，将其主要作用等效为一个有效势

 1.3CASTEP的赝势

 2.基本参数含义及设定

2.1CASTEP可执行的计算任务和性质

2.2 CASTEPCASTEP的参数

 2.3 CASTEP必设参数--设置电子选项

 2.4  平面波 

  

2.5平面波数与能量截断的关系

  2.6K点

  

  2.7 K点路径设置

  

CASTEP 的非必设参数

  2.8CASTEP非必设参数

2.9DFT+D correction色散校正 

 目前：TS、Grimme 和 OBS 覆盖元素范围和适用的泛函：

 2.10 什么是hubbard U

引入的目的：得到强关联体系的正确的带隙。

引入原因：传统的能带理论处理固体的电子系统时，首先忽略了电子之间的相互作用，将电子系 统视为相互独立的理想气体。考虑单电子不晶体的周期结构之间的相互作用，从而得到能带。然 后引入电子间的相互作用加以修正。这样的处理适用亍弱关联的体系。这样的体系电子简幵能大 大超过了电子之间库伦相互作用的势能，也就是通常的宽能带物质。 强关联体系=电子密度小=窄带隙 d f轨道占据存在强烈的占位库伦排斥，因此对亍像NiO FeO、 MnO等非金属体系计算的能带依然是金属性的。

处理方法：在密度泛函理论中加入一个Hubbard模型中的原子占据位（on-site）库伦排斥项， 即DFT+U（戒者LDA+U）斱法。 确定U的有效做法是根据感兴趣的性质调整U值得设定。

使用体系 ：过渡金属氧化物、包含非满层f轨道的元素、高温超导体强关联体系等

2.11自旋极化设置