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历史上的今天
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blogTitle:'Materials-Studio 论坛问答全集（精选众多论坛讨论贴）（转）',
blogAbstract:'1、问：用MS构造晶体时要先确立空间群,可是那些空间群的代码是啥意思啊,看不懂,我想做的是聚乙烯醇的晶体,嘿嘿,也不知道去哪
可以查到它的空间群
答：A、要做晶体，首先要查询晶体数据，然后利用晶体数据再建立模型。晶体数据来源主要是文献，或者一些数据库，比如CCDC。
你都不知道这个晶体是怎么样的，怎么指定空间群呢？要反过来做事情哦：）
B、我不知道你指示的代码是数字代码还是字母代码,数字代码它对应了字母的代码，而字母的代码它含盖了一些群论的知识(晶系,对
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materials studio 学习整理知识点
1、castep 是用平面波赝势展开波函数，dmol 是通过原子轨道的线性组合来处理（castep 用的是基于平面波赝 势的方法，而 dmol 是基于分子轨道理论的方法） castep 算周期性结构的体系，DMol 适合于分子，团簇，分子筛，分子晶体，聚合物等开放结构。也就是说对 空体积较大的晶体，原子轨道在稀填充体系（原子、分子、团簇、低维周期体系、沸石...）的计算上比平面波有优 势。 CASTEP 是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序，总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分,各部 分能量都可以表示成密度函数。适用于范围很大的一类固体材料、界面以及表面的性质。基于总能量的平面波赝势 理论,研究的内容包括:结构对称性、晶格参量、键长键角、能带结构、态密度、布局数、光学性能等。 CASTEP 模M允S你使用含有性的分子模型工具 CASTEP 主要是用於大尺度的L期性系y，他也可以被迷谝猿Ц窠ζ淼娜毕荼砻娼槊媾c分子 CASTEP 仅能在 3D 周期模型文件基础上进行计算,必须构建超单胞,以便研究分子体系 默认条件下,CASTEP 使用得是 BFGS 几何优化方法,即拟牛顿算法 Castep 的几何优化过程的本质是期望利用一个迭代过程来完成优化任务,在进行迭代的过程 中, 通过调整原 子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。CASTEP 几何优化的核心是通过不断的减小计算力和应力的数量级,直至 小于所规定的收敛误差。当 然,也可能给定外部应力张量来对拉应力,压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。 在这些情况下反复迭代内部应力张量直到与所施加的外部应力相等 Castep 默认的能量单位是电子伏特 ev，换算关系为 1eV=0.Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/m 2、Energy cutoff 截断能 SCF tolerance：迭代标准，就是每两部之间算完的标准（ SCF：就是 自洽场 self consistent field， 解薛定谔方程时在开始并不知道波函数，从而也无法获得所需要的电子密度；因此可以先用一个解进行迭代运算， 直到最后达到所需要的结果） K point set: K 点设置（布里渊区的点数选择，就像你选样本来看产品的合格率一样，选的多就会慢，但 会更准确一些） 3、建模时加入杂质原子的方法： 方法一：用鼠标点上将要被取代得原子（点上后原子颜色将变成黄色），在窗口的右边属性栏中，将会显示 这个原子的相关属性，并告诉你这个原子的元素种类（比方是 Al 吧），然后点这个元素种类 Al，将出现一个元素 周期表，选择你要掺杂得原子，确定就可以了！ 方法二：建立完没有掺杂的晶胞后,选 supercell,然后再选择要替换的原子,进行掺杂.如果不把晶胞的对称 性改为 supercell 就不能改变其中的一个原子,而是由于对称性把同一元素的所以原子改变了 4、（1）castep 建立晶体的模型步骤： build/build crystal,弹出对话框，然后按照晶格参数填入。这个时候要选择空间群（group 这个选项），这 里注意，在开始建立的时候要填入的是晶格参数，也就是 a，b,c。然后添加原子，添加原子的时候要填入的是每个 元素对应的坐标，也就是 x,y,z，进行到这里，初步的结构就出来了。然后要点 build/crystal/rebuildrystal；这 样，图形就整洁了很多。按照教程所说，还要点 build/symmetry/primitivecell 注意事项：已经知道其晶格参数（这点重要啊，开始不了解需要知道这个参数，走了一些弯路）。开始构建的 时候犯了个错误，在 add atom 的时候没有注意弹出的对话框里有个 Option 选项，里面有个坐标要选分数坐标。这 里也要注意。 （2）采用 DMOL3 建模的基本步骤： 第 一 种 情 况 : 从 程 序 自 带 的 各 种 晶 体 及 有 机 模 型 中 导 入 体 系 的 晶 胞 打 开 MS ， 由 file&import&structures&metals\&pure-metals&Fe 导入 Fe 的晶胞。由 build &Surfaces & cleave Surfaces 打开 对话框。 在对话框中输入要建立的晶面 （hkl） ， 选择 position， 其中 depth 控制晶面层数。 进入 build&Supercell， 输入 A 、B 、C 的值，得到想要的超晶胞。到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。如果要做周期性计算， 则应选择 build&Crystals&build vaccum slab ，其中真空层通常选择 10 埃以上。如果建立团簇模型则选择build&Symmetry&Non-periodicStructure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要的 团簇模型。在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。 第二种情况 : 手动建模，优点是可控制晶格常数。首先从文献中查到晶体的晶格常数的 实验值。打开 build&Crystals&buildcrystals，可见到对话框。在对话框中选择空间群与点群，然后在 Lattice Parameter 中设 置晶胞基矢的长度及夹角。然后打开 build&Add atom，从对话框中输入坐标。这里只需输入几个有代表性的原子的 坐标，不必全部输入。在坐标输入前首先在 option 页面中选择 coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。 以下步骤重复 2-5 步。需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。原因是很多模型构造出来后在优化过程中 往往不收敛。要避免这个问题的办法是查阅文献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实 收敛的。 5、Electronic&More&SCF 里的 Use smearing。这个关键字有助于加快收敛，但是设的多大往往会产生错误的结 果，它也相当于允许的误差范围 6、画苯环最简单的方法是：Alt+六元环画笔。第二种方法就是先画一个六元环，再按住 Shift 键选中六个环 单键，将其改为 partial double bond 7、用 demolJ 计算分子轨道怎么看 HUMO,LUMO 图，其中的黄色蓝色代表什么? 答： dmol 计算的时候选择 properties 里面的 orbitals 把 homo 和 lumo 选上然后计算， 算完以后打开 analysis 对话框选择 orbitals，就看到你算的 homo 和 lumo 了，然后 import 就在模型中可以看见 homo 和 lumo 了 8、如何在半导体上建金属表面？ 用 ms 里面的 layer builder 构建界面，基底为半导体，半导体上长金属层是通过 layer builder 构建的 9、请教各位一个问题，在 MS 的 Dmol3 下计算能量，在分析里查看 HOMO 和 LUMO 轨道的电子云的计算结果时， 有两种颜色，默认的是黄色和蓝色。这种颜色的不同代表什么意思？ 还有一般用 HOMO 和 LUMO 轨道的电子云说明什么问题啊？我看很多文献说什么 ( π - π ) 派 - 派跃迁就是 3.1415926 所代表的那个希腊字母这里不知道怎么输入。还有（σ -σ )西格玛-西格玛等等，学习化学的人应该能够 了解，可以从这上面看出来吗？ 答： A、其实两种颜色的电子云不是代表 homo 和 lumo 的，只是说这个地方波函数是正号还是负号。因为对于 电子云来说，其实是波函数的平方，这个地方为了区别波函数的正负号，所以引进了两种颜色的电子云 B、在分子进行反应时，最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）其有特别重要的作用。分子轨道对 称性守恒原理认为：在反应过程中，当有反应物分子轨道转变成产物的分子轨道时，其对称性始终保持不变，即始 终都属于同一个不可约表示。 如果反应物基态的分子轨道变成的是产物的基态的分子轨道， 那么反应就是热允许的。 （意即温和加热就可进行）如果变成的是激发态的分子轨道，就是热禁阻的（意即不可能用温和加热的方法促其进 行）。如果反应物受光激发后由电子占据的分子轨道（激发态轨道）转变成产物的基态分子轨道，这一过程就是光 允许的（意即用适当的光照就可使其进行）。若转变成产物的更高激发态分子轨道，就是光禁阻的（意即无法用光 照促其进行）。10、固溶体的掺杂方法11、castep 性质计算结果12、检查是否收敛成功13、能带图分析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 能带图中费米能级被分配的值为 0 检查在费米能级上的能态数目，也就是 Energy = 0 的点。绝缘体将有明显的间隙，而导体会有许多态，在 这里的曲线是典型的半导体。注意，你可以看到从每个典型轨道产生许多态。 扩展周期系统的特点是其能带，这与分子系统中的轨道特征值相类似。与轨道特征值不同的是，在晶胞中 在不同的点能带的能量是不同的。能带可以在晶胞的倒易空间中被描绘出来。实际上，在倒易空间中有少数对称性 唯一的方向，这样描述能带的特征只需要有限数目的点。通过观察在不同点上能带之间的能隙，可能得出有关材料 性质的结论，如材料是绝缘体、导体还是半导体等。 另一个描述材料电子结构特征的方法是通过态密度(DOS)，DOS 在每个能量范围内计算能级的相对数量。 在分子中有截然不同的能量特征值，所以严格来说，DOS 在某些位置具有值 1，在其它地方具有值 0。对一个晶体， 相比之下，能级是一个连续体，具有能量范围之间的大约的能量值。检查 DOS 也允许你查看一个系统是导体还是 绝缘体，另外，局部态密度(PDOS)允许你根据个别的原子轨道 s、p、d 或者 f 来描述 DOS 的特点14、态密度分析15、ms 中给晶体加压16、几何优化中几个参数意义
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1、castep是用平面波赝势展开波函数，dmol是通过原子轨道的线性组合来处理（castep用的是基于平面波赝势的方法，而dmol是基于分子轨道理论的方法）
castep算周期性结构的体系，DMol 适合于分子，团簇，分子筛，分子晶体，聚合物等开放结构。也就是说对空体积较大的晶体，原子轨道在稀填充体系（原子、分子、团簇、低维周期体系、沸石...）的计算上比平面波有优势。 CASTEP是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序，总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分,各部分能量都可以表示成密度函数。适用于范围很大的一类固体材料、界面以及表面的性质。基于总能量的平面波赝势理论,研究的内容包括:结构对称性、晶格参量、键长键角、能带结构、态密度、布局数、光学性能等。 CASTEP 模M允S你使用含有性的分子模型工具 CASTEP 主要是用於大尺度的L期性系y，他也可以被迷谝猿Ц窠ζ淼娜毕荼砻娼槊媾c分子 CASTEP仅能在3D周期模型文件基础上进行计算,必须构建超单胞,以便研究分子体系 默认条件下,CASTEP使用得是BFGS几何优化方法,即拟牛顿算法 Castep的几何优化过程的本质是期望利用一个迭代过程来完成优化任务,在进行迭代的过程 中, 通过调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。CASTEP几何优化的核心是通过不断的减小计算力和应力的数量级,直至小于所规定的收敛误差。当 然,也可能给定外部应力张量来对拉应力,压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。在这些情况下反复迭代内部应力张量直到与所施加的外部应力相等
Castep默认的能量单位是电子伏特ev，换算关系为1eV=0.Ha=23.0605kcal/mole=96.4853kJ/m
2、Energy cutoff 截断能
SCF tolerance：迭代标准，就是每两部之间算完的标准（ SCF：就是 自洽场self consistent field，解薛定谔方程时在开始并不知道波函数，从而也无法获得所需要的电子密度；因此可以先用一个解进行迭代运算，直到最后达到所需要的结果）
K point set: K点设置（布里渊区的点数选择，就像你选样本来看产品的合格率一样，选的多就会慢，但会更准确一些）
3、建模时加入杂质原子的方法：
方法一：用鼠标点上将要被取代得原子（点上后原子颜色将变成黄色），在窗口的右边属性栏中，将会显示这个原子的相关属性，并告诉你这个原子的元素种类（比方是Al 吧），然后点这个元素种类Al，将出现一个元素周期表，选择你要掺杂得原子，确定就可以了！
方法二：建立完没有掺杂的晶胞后,选supercell,然后再选择要替换的原子,进行掺杂.如果不把晶胞的对称性改为supercell就不能改变其中的一个原子,而是由于对称性把同一元素的所以原子改变了
4、（1）castep建立晶体的模型步骤： build/build crystal,弹出对话框，然后按照晶格参数填入。这个时候要选择空间群（group这个选项），这里注意，在开始建立的时候要填入的是晶格参数，也就是a，b,c。然后添加原子，添加原子的时候要填入的是每个元素对应的坐标，也就是x,y,z，进行到这里，初步的结构就出来了。然后要点build/crystal/rebuildrystal；这样，图形就整洁了很多。按照教程所说，还要点build/symmetry/primitivecell 注意事项：已经知道其晶格参数（这点重要啊，开始不了解需要知道这个参数，走了一些弯路）。开始构建的时候犯了个错误，在add atom的时候没有注意弹出的对话框里有个Option 选项，里面有个坐标要选分数坐标。这里也要注意。 （2）采用DMOL3建模的基本步骤：
第一种情况:从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞打开MS，由file>import>structures>metals\\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。由build >Surfaces > cleave Surfaces打开对话框。在对话框中输入要建立的晶面（hkl），选择 position，其中depth 控制晶面层数。进入build>Supercell，输入A 、B 、C的值，得到想要的超晶胞。到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。如果要做周期性计算，则应选择build>Crystals>build vaccum slab，其中真空层通常选择10 埃以上。如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodicStructure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要的团簇模型。在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。
第二种情况: 手动建模，优点是可控制晶格常数。首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。打开build>Crystals>buildcrystals，可见到对话框。在对话框中选择空间群与点群，然后在Lattice Parameter中设置晶胞基矢的长度及夹角。然后打开build>Add atom，从对话框中输入坐标。这里只需输入几个有代表性的原子的坐标，不必全部输入。在坐标输入前首先在option页面中选择coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。以下步骤重复2-5步。需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。原因是很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。要避免这个问题的办法是查阅文献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。
5、Electronic>More>SCF里的Use smearing。这个关键字有助于加快收敛，但是设的多大往往会产生错误的结果，它也相当于允许的误差范围 6、画苯环最简单的方法是：Alt+六元环画笔。第二种方法就是先画一个六元环，再按住Shift 键选中六个环单键，将其改为partial double bond 7、用demolJ计算分子轨道怎么看HUMO,LUMO图，其中的黄色蓝色代表什么?
答：dmol计算的时候选择properties里面的orbitals把homo和lumo选上然后计算，算完以后打开analysis对话框选择orbitals，就看到你算的homo和lumo了，然后import就在模型中可以看见homo和lumo了 8、如何在半导体上建金属表面？
用ms里面的layer builder构建界面，基底为半导体，半导体上长金属层是通过layer builder构建的 9、请教各位一个问题，在MS的Dmol3下计算能量，在分析里查看HOMO和LUMO轨道的电子云的计算结果时，有两种颜色，默认的是黄色和蓝色。这种颜色的不同代表什么意思？
还有一般用HOMO和LUMO轨道的电子云说明什么问题啊？我看很多文献说什么(π-π)派-派跃迁就是3.1415926所代表的那个希腊字母这里不知道怎么输入。还有（σ-σ)西格玛-西格玛等等，学习化学的人应该能够了解，可以从这上面看出来吗？
答： A、其实两种颜色的电子云不是代表homo和lumo的，只是说这个地方波函数是正号还是负号。因为对于电子云来说，其实是波函数的平方，这个地方为了区别波函数的正负号，所以引进了两种颜色的电子云
B、在分子进行反应时，最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）其有特别重要的作用。分子轨道对称性守恒原理认为：在反应过程中，当有反应物分子轨道转变成产物的分子轨道时，其对称性始终保持不变，即始终都属于同一个不可约表示。如果反应物基态的分子轨道变成的是产物的基态的分子轨道，那么反应就是热允许的。（意即温和加热就可进行）如果变成的是激发态的分子轨道，就是热禁阻的（意即不可能用温和加热的方法促其进行）。如果反应物受光激发后由电子占据的分子轨道（激发态轨道）转变成产物的基态分子轨道，这一过程就是光允许的（意即用适当的光照就可使其进行）。若转变成产物的更高激发态分子轨道，就是光禁阻的（意即无法用光照促其进行）。
10、固溶体的掺杂方法
11、castep性质计算结果
12、检查是否收敛成功
13、能带图分析
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
能带图中费米能级被分配的值为0
检查在费米能级上的能态数目，也就是Energy = 0的点。绝缘体将有明显的间隙，而导体会有许多态，在这里的曲线是典型的半导体。注意，你可以看到从每个典型轨道产生许多态。
扩展周期系统的特点是其能带，这与分子系统中的轨道特征值相类似。与轨道特征值不同的是，在晶胞中在不同的点能带的能量是不同的。能带可以在晶胞的倒易空间中被描绘出来。实际上，在倒易空间中有少数对称性唯一的方向，这样描述能带的特征只需要有限数目的点。通过观察在不同点上能带之间的能隙，可能得出有关材料性质的结论，如材料是绝缘体、导体还是半导体等。
另一个描述材料电子结构特征的方法是通过态密度(DOS)，DOS在每个能量范围内计算能级的相对数量。在分子中有截然不同的能量特征值，所以严格来说，DOS在某些位置具有值1，在其它地方具有值0。对一个晶体，相比之下，能级是一个连续体，具有能量范围之间的大约的能量值。检查DOS也允许你查看一个系统是导体还是绝缘体，另外，局部态密度(PDOS)允许你根据个别的原子轨道s、p、d或者f来描述DOS的特点
14、态密度分析
15、ms中给晶体加压
16、几何优化中几个参数意义
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