材料物理实验报告

在实验4中，材料工作室用于研究晶体材料的性质。姓名：张思言班级：材料物理1303学生编号：日期：2016年3月29日一、实验目的1.了解与固体材料科学设计相关的材料工作室(MS)软件中各模块的功能；2.掌握在微软软件的材料可视化子模块中创建的晶体结构模型；3.掌握在质谱材料计算软件中研究晶体材料性质的方法；4、掌握观察和分析晶体材料性能的方法。5.分析了AlAs晶体的晶格常数、态密度和能带图。二、实验原理和方法材料工作室软件中的材料可视化子模块可用于构建晶体模型。材料可视化子模块可以给出晶体结构的直观模型，并可以分析晶格参数、空间群和原子坐标的数据。1.关于CASTAPCASTAP是一个专门为固体材料科学设计的现代量子力学基础程序。它利用密度泛函理论(DFT)平面波赝势方法进行第一性原理量子力学计算，探索半导体、陶瓷、金属、矿物和沸石等材料的晶体和表面性质。计算：允许选择计算选项(如基本集、交换相关潜力和收敛标准)、作业控制和文档控制。分析：允许处理和演示CASTAP计算结果。该工具提供了加速的整体可视化以及关键结构图、状态密度图和光学特性图。2.卡斯塔普的任务CASTAP计算有许多操作步骤，可分为以下几组：结构定义：必须指定包含感兴趣结构的周期性3D模型文件。有许多方法可以指定一个结构：它可以使用构建水晶或者构建真空标签来构建，它也可以从现有的结构文档中引入，并且它还可以修改现有的结构。计算设置：一旦确定了合适的3D模型文件，就必须选择计算类型和相关参数。结果分析：计算完成后，与CASTAP作业相关的文档将返回给用户，并显示在项目面板的适当位置。这些文件的进一步处理需要获得可观察的量，例如光学性质。1.能源任务除了总能量，作用在原子上的力可以在计算后报告。也可以创建电荷密度文件；使用材料可视化仪可以直观观察电荷密度的三维分布；它还可以报告计算中使用的Monkorst-Park点的电子能量，因此可以在CASTAP分析中生成态密度图。2.几何优化任务CASTAP几何形状优化任务允许改进结构的几何形状并获得稳定的结构或多晶型物。这个任务是通过一个迭代过程来完成的，在这个过程中，原子坐标和单元参数被调整以最小化结构的总能量。几何优化方法：CASTAP使用BFGS几何优化方法。这种方法通常提供了找到最低能量结构的最快方法。3.CASTAP动力任务选择热力学系综，定义时间步长和动态过程的约束4.CASTAP自然任务态密度：利用原始模拟中产生的电荷密度和势能，不能正确地计算出价带和导带的蒙霍斯特-包精细网格上的电子本征值。能带结构：利用原始模拟中产生的电荷密度和势能，对价带和导带高度对称的布里渊区的电子本征值计算不当。光学性质：计算电子带间跃迁的矩阵元素。CASTAP分析对话框可用于生成包含可测量光学特性的网格和图形文件。布局分析：穆利肯分析。计算决定原子电荷的键和角动量的总数(以及自旋极化计算所需的磁矩)。对于任何旋转，可以产生生态密度差分计算所需的分量。应力：计算应力张量并将其写入seedname.castep文档。三。实验仪器材料工作室软件，电脑。四.实验内容(1)晶体模型的构建、晶体模型的计算和AlAs晶体的计算1.AlAs晶体结构的构建T2.在CASTEP中设置和运行计算在CASTEP中选择计算，并在属性列中选择要计算的能带结构、态密度、轨道和粒子数分析。3.分析结果4.比较实验数据和结构晶格矢量约为5。误差为1.39%。与实验结果相比，该误差在伪位势平面波法预期误差的1%-2%以内。观察态密度分布、能带结构和轨道能带分布曲线如下：图3 alas的电子密度等能面图4 alas的能带结构和态密度分析：禁带宽度代表价带顶部和导带底部之间的距离。从上述AlAs的能态结构图(左图)可以看出，AlAs半导体的禁带宽度是能量坐标系中红色箭头之间的距离值，约为1.448eV，因此AlAs是一种导电性好的半导体。右图显示了AlAs晶体的态密度分布。从图中可以看出，态密度的分布对应于能带结构，但态密度更直观。图5 alas的状态密度曲线图6。唉，能量分辨率图7。吸收图8。反射指数图9。轨道(2)以氯化钠为例进行分析：1.构建氯化钠的晶体结构图10。原始细胞配置2.在CASTEP中设置和运行计算在CASTEP中选择计算，并在属性列中选择要计算的能带结构、态密度、轨道和粒子数分析。3.分析结果4.比较实验数据和结构图11。氯化钠电子密度的等电点平面图12。氯化钠的能带结构和态密度图13。NAC图14的状态密度曲线。新中国的能源革命图15。氯化钠的吸收图16。氯化钠参考指数V.实验总结通过本次实验，我们主要了解了与固体材料科学设计相关的素材库软件中各模块的功能。掌握微软软件材料可视化子模块中创建的晶体结构模型；掌握在质谱材料计算软件中研究晶体材料性质的方法；掌握观察和分析晶体材料特性的方法。通过分析AlAs晶体的晶格常数、态密度、能带图等性质，具体研究了软件的使用和各种功能的实现。在这个实验中，我们使用了CASTAP模块。CASTAP是一个专门为固体材料科学设计的现代量子力学基础程序。它利用密度泛函理论(DFT)平面