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文档简介

计算机在材料科学与工程中的应用实验一、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. 实验内容实验 1. 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。(2) 软件：主要利用Materials studio软件包里的Materials Visualizer和CASTEP模块。5. 实验步骤5.1建立所研究材料的结构模型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 | Import，进入structures/ nanotubes文件夹catalysts/heterogeneous，选择文件TiCl3。按照计算需要对晶胞内的原子进行替换，并用Build | Symmetry | Primitive Cell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：几何优化选择Setup项，将Task项设置为 Geometry Optimization，标准设为 Fine,点击此对话框中的 More按钮，在Optimize Cell项前打钩，关闭对话框。 选择 Job Control按钮，点击此对话框中的 More按钮，设置Gateway，选择在本机计算还是在服务器上计算。选择 Properties 按钮实验1. 在Density of states和选项前打钩。 按下Run按钮，开始运行计算。关闭对话框。步骤2：判断计算结果是否正确在 Project Explorer工作栏内,双击.castep文件，将其激活。在菜单栏中选择Edit | Find 键入 completed successfully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。5.3计算结果分析在计算结果文件夹中激活.xsd文件在工具栏中选择 CASTEP工具，然后选择Analysis，选择Electron density项，按下Import按钮，电子的等值面就
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