class-8-使用-CASTEP-计算弹性常数

背景:当前，可应用于大周期性体系的密度泛函理论（DFT）取得了显著的进展，已经成为解决材料设计、加工中难题的有效方法。人们依据这个理论可以使解释实验数据，预测新晶体的结构、结合能和表面活性等基本性质。这些工具可以用来指导设计新材料，允许研究人员理解基本的化学和物理过程。绪论:在本教程中，将学习如何使用CASTEP来计算弹性常数和其他的力学性能。首先我们要优化BN立方晶体的结构，然后计算它的弹性常数。本指南主要包括以下内容：1优化BN立方晶体的结构2计算BN的弹性常数3弹性常数文件的描述计算BN的弹性常数目的：使用CASTEP计算弹性常数模块：MaterialsVisualizer,CASTEP前提：已使用firstprinciples预测了AlAs的晶格常数1.优化BN立方晶体的结构在计算弹性常数之前并不一定要进行几何优化，可以由实验观测到的结构计算出Cij数据。尽管如此，如果我们完成晶胞的几何优化，可以获得更多相容的结果，进而计算与理论基态对应的弹性常数。弹性常数的精确度，尤其是切变常数的精确度，主要取决于SCF计算的品质，特别是布里渊区取样和波函数收敛程度的品质。所以我们设置SCF、k点取样和FFT格子的精度为Fine。首先导入BN结构在菜单栏中选择File/Import，从structures/semiconductors中选中BN.msi，按Import按钮，输入BN的晶体结构，见右图。为了节省计算时间，由Build/Symmetry/PrimitiveCell将此conventionalrepresentation转化为primitiverepresentation.现在设置几何优化从工具栏中选择CASTEP工具，然后从下拉列中选择Calculation（或从菜单栏中选择Modules/CASTEP/Calculation）。CASTEPCalculation对话框见右图：在Setup标签中，把Task设置为GeometryOptimization，把Quality设置为Fine，并且把Functional设置为GGAandPW91。按下more按钮，选中Optimizecell。关闭CASTEPGeometryOptimization对话框。选择Electronic标签，按下More...按钮以得到CASTEPElectronicOptions对话框。把Derivedgrid的设置从Standard改为Fine。关闭CASTEPElectronicOptions对话框。选择JobControl标签，设定本地机运算。按下CASTEPCalculation对话框中的Run按钮。优化之后，此结构的晶胞参数应为a=b=c=2.574Å。现在我们可以继续计算优化结构的弹性常数。或按右键显示2.计算BN的弹性常数BNCASTEPGeomOpt/BN.xsd处于激活状态。选择CASTEPCalculation对话框中的Setup标签，从Task的下拉清单中选择ElasticConstants。按下More...按钮，CASTEPElasticConstants对话框见右图。将Numberofstepsforeachstrain由4增加为6，按Run运行。CASTEP的弹性常数计算任务的结果以一批.castep输出文件的形式给出。这些文件中的每一个文件都代表确定的晶胞在假设的应变模式和应变振幅下的几何优化运行结果。这些文件的命名约定为：seedname_cij__m__n。对于给定的模式来说，m代表当前的应变模式，n代表当前的应变振幅。6仅取一种应变模式从属性清单中选择Elasticconstants，从BN的弹性常数计算工作中得到的结果文件BN.castep应自动显示在Resultsfile选框中。按下Calculate按钮。计算结束后产生一个新的文档BNElasticConstants.txt。此文档中的信息包括：*输入的应变和计算出的应力的总结*每一种应变模式线性拟合和拟合质量的计算结果*给定对称性下计算出的应力与弹性常数之间的对应*弹性常数Cij和弹性柔量Sij的表格*导出量：体积模量和其倒数、压缩系数、杨氏模量、Poisson比、Lame常数(用于模拟各向同性介质)CASTEP可以使用这些结果来分析每一个运行计算出来的压力张量，产生一个有关弹性性质的文件。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Analysis或者从菜单栏中选择Modules|CASTEP|Analysis。3弹性常数文件的描述对于这种点阵类型，需要考虑两种应变模式(本教程只计算了一种)。对于每一种应变模式，都有一个计算出的应力的总结(由各自的.castep文件得到)。计算结果自己先看一下END