单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第四级第五级MaterialsStudio分子 模拟软件Materials Studio分子模拟软件Version 2011 Copyright ??2010 Neotrident Technology Ltd. All rights reserved.虚拟―实验‖分子模拟技术CR决定依据REA单击此处编辑母版标题样式ATV单击此处编辑母版副标题样式VIT单击此处编辑母版副标题样式虚拟设计TY虚拟设计表征材料结构以及与结构相关的性质——解释设计材 料结构以及与结构相关的性质——预测MaterialsStudio是整合的计算模拟平台??可
兼顾科研和教学需求可在大规模机上进行并行计算Materials Studio是整合的计算模拟平台??全面的应用领域固体物理与表面化学??可在大规模机上进行并行计算??客户端-服务器计算方式–WindowsLinux-固体物理与表面化学-催化、分离与化学反应-半导体功能材料-金属与合金材料单击此处编辑母版标题样式Windows Linux–最大限度的使用已有IT资源??包含多种计算方法-金属与合金材料-特种陶瓷材料-高分子与软材料-纳米材料单击此处编辑母版副标题样式–DFT及半经验量子
力学–线形标度量子力学–分子力学纳米材料-材料表征与仪器分析-晶体与结晶-构效关系研究与配方设计单击此处编辑母版副标题样式分子力学–QM/MM方法–介观模拟统计方法构效关系研究与配方设计-……–统计方法–分析仪器模拟–……MMaterials aterials SStudio??tudio??MenuToolbar单击此处编辑母版标题
样式ov-10
单击此处编辑母版副标题样式View单击此处编辑母版副标题样式Job statusJobsusMMaterials aterials SStudio??tudioMaterials
Visualizer??Castep??Dmol3??Onetep??Qmera??VAMP单击此处编辑母版标题样式??Forcite plus??Gulp??COMPASSAhCll单击此处编辑母版副标题样
式??Amorphous Cell??Equilibria??SorptionAdtiLt单击此处编辑母版副标题样
式??Adsorption Locator??DPD??MesoDyn??Mesocite??Mesocite??QSAR??Reflex plus??XcellXcell??Polymorph Predictor??Morphology……模块介绍单击此处编辑母
版标题样式模块介绍单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式CASTEP是领先的固态DFT程序??使用平面波赝势??由Cambridge大学Mike Payne教授发布CASTEP 是领先的固态DFT程序??每年发表的数百篇论文其研究领域包括晶体材料结构优化性质究半导体陶瓷金属分子筛等单击此处编辑母版标题样式??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单击此处编辑母版副标题样式??晶体光学性质??点缺陷性质如空位、间隙或取代掺杂、扩展缺陷晶体
维棉晶界、位错??磁性材料研究单击此处编辑母版副标题样式??材料力学性质研究??材料逸出功及电离能计算??STM图像模拟STM图像模拟??红外/拉曼光谱模拟声子谱和声子态密度EELS谱图??反应过渡态计算??动力学方法研究
扩散路径??动力学方法研究扩散路径MS5.5 —CASTEP的新功能的新功能1.用于提
高计算效率的Express参数设置用于提高计算效率的p参数设2.用于修正范德瓦耳斯
力的DFTD技术3LDAU用于结构优化单击此处编辑母版标题样式3.LDAU用于结构
优化4.Norm-conserving赝势的正式更新单击此处编辑母版副标题样式5.Raman光谱
分析中引入对入射光源波数的设定6EELS分析中引入spinorbitalcoupling修正单击此处编辑母版副标题样式6.EELS分析中引入spin-orbital coupling修正7.CPU 数目的动态调整功能。密度泛函理论Density Functional Theory HohenbergKohn定理
rnErrENrrrΨ...1Hohenberg-Kohn定理N1rnErnUrnTrnExcrrrr0单击此处编辑母版标题样式2rrrnvkikikieffrrrrrr??εKohn-Sham方程单击此处编辑母版副标题样式Walter Kohnrrfrniiirrr×∑??前提条件单击此处编辑母版副标题样式irdrnN3∫Ωr局限性??只能计算体系的基态性能局限性??需要对交换相关能Exc做近似处理单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样
式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第四级第五级AISTJJMATERSCIMATEREL141492003AIST Japan J MATER SCI-MATER EL 14 1492003研究背景ZnO和ZnS是两种广受关注的具有大的禁带宽度和直接带隙的半导体材料通常应用在蓝光以及紫外光学设备中。ZnO和ZnS具有这样两个显著的特点1gt 性能具有很强的设计性可以掺入多种杂质调节其能带结构单击此处编辑母版标题样式2gt 便于制备加工可以通过多种方法方便地制成薄膜单击此处编辑母版副标题样式ZnO和ZnS之间也存在差异。除了结构上的差异外在进行施主掺杂时两者电导率的变化有着明显的不同。ZnO的电导率有着明显的提高但是ZnS则不然那么原因是什么呢单击此处编辑母版副标题样式提高但是ZnS则不然那么原因是什么呢AIST的研究人员针对这个问题采用Ct对ZO和ZS的电子AIST的研究人员针对这个问题采用Castep对ZnO和ZnS的电子结构进行了研究。研究思路要解决这个问题我们需要这样一些数据1gt 相同的施主杂质相同浓度下ZnO和ZnS的能带结构和态密度2gt 由于分析的对象是ZnO和ZnS所以还需要纯的ZnO和ZnS的能带结构和态密度单击此处编辑母版标题样式3gt 由于ZnO和ZnS存在结构差异为了和组成差异O和S区分还需要做一些假设性的研究譬如计算ZnO和ZnS具有相同结构时的能带结构和态密度以及ZO或ZS在不同结构时的能带结构和态密度单击此处编辑母版副标题样式和态密度以及ZnO或ZnS在不同结构时的能带结构和态密度4gt 为了把研究做的全面一些还可以加上对不同浓度不同杂质的情况的计算单击此处编辑母版副标题样式情况的计算。有了以上4个方面的数据就可以从组成和结构杂质的种类和浓度多个方面分析ZnO和ZnS的性能差异不过除了能带结构和态密度包括偏多个方面分析ZnO和ZnS的性能差异。不过除了能带结构和态密度包括
化学之歌偏态密度在计算的过程中还应该附带上Population orbital 以及electron density这些数据的获取几乎不花费多余的时间但分析的时候可以与能带结构和态密度相互印证做一些说明。模型构建ZnO和ZnS的结构在Castep的Structures文件夹中可以直接获取。在菜单中点击File选择Import然后在跳出的选框中双击Structures文件夹在metal-oxides里导入ZnO在semiconductors里导入ZnS单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式ZnOZnS模型构建超胞的构建在菜单中选择Build/Symmetry/Supercell在弹出的对话框中设置超胞的大小单击此处编辑母版标题样式胞的大小超胞的对称性为P1选择想要替换的原子后在菜单击此处编辑母版副标题样式想要替换的原子后在菜单中选择Modify/Modify element然后选择用来替换的元素Ga完成掺杂模型单击此处编辑母版副标题样式的元素Ga完成掺杂模型的构建。参数设置Task: EnergyXCFunction:GGAPBEXC Function: GGA-PBEEnergy cutoff: 340eVKhfi单击此处编辑母版标题样式K mesh: fineUltrasoft Pseudopotential PBE单击此处编辑母版副标题样式SCF Tolerance: 1.0×10-6在引入IIIA元素Ga后体系电荷仍设置为0单击此处编辑母版副标题样式偏态密度图分析计算设置过程中在Properties栏选择Density of state以及Calculate PDOS.单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
单击此处编辑母版副标题样式h-ZnO和c-ZnS总的态密度图和能带结构单击此处编
辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式h-ZnO 和c-ZnS的偏态密度图分析单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式O2p
轨道上的电子主要束缚在O的周围在ZnO的导
带底部O的轨道成分O2p 轨道上的电子主要束缚在O的周围在ZnO的导带底部O的
轨道成分很少主要由Zn的sp轨道构成。h-ZnO和c-ZnS的Mulliken电荷和键级单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式Ga掺杂ZnS的能带结构和态密度图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母?娓
北晏庋 降セ鞔舜Ρ嗉 赴娓北晏庋 焦斓?45是一个新增的轨道主要成分为Ga的
2013全运会女子体操
4s。体现出很强的定域性。轨道244发生了一些变化原来以S的2s和2p为主现在以Ga 的4s和邻近的S原子和Zn原子轨道为主。Ga掺杂ZnO的能带结构和态密度图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式相比于未掺杂的情况费米面附近没有新增的轨道。掺杂以后费米面附近的轨道虽然同样主要由Ga的4s构成但是此时Ga的4s并不体现出较强的定域性。结论??Ga在ZnS中与邻近的S相互作用生成了一个具有较强定域性的杂质能级electron trap而在ZnO中则没有类似的能级生成这种现象决定了Ga掺杂ZnS与ZnO的导电性能单击此处编辑母版标题样式差异而这一现象产生的根本原因则是由S和O引起的电子结构差异与S 和O的结构差异无关单击此处编辑母版副标题样式子结构差异与ZnS和ZnO的结构
差异无关。单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第四级第五级Lawrence Berkeley National Laboratory USA PRL 100 1466012008weceeeeyNobooyUS00660008研究背景及思路纳米层状的锰氧化物由于
在储能电镀以及催化领域的潜在应用价值而成为进来广受关注的一类新材料。最近Sakai等人发现含有3mol空位的MnO2薄膜厚度lt1nmH0.13Mn0.97□0.03O2在可见光
llt500nm的照射下可以产生电流。这预单击此处编辑母版标题样式示着纳米层状的锰氧化物除了上述潜在应用外在光电领域也将有重要的应用。单击此处编辑母版副标题样式但是为什么H0.13Mn0.97□0.03O2能够在可见光下产生电流它是否与其中
的Ruetschi缺陷有关如果有关又是什么关系呢单击此处编辑母版副标题样式研究人员利用Castep研究了Ruetschi缺陷对MnO2电子结构的影响。研究思路很简单就是分别计算有/无Ruetschi缺陷时MnO2的电子研究思路很简单就是分别计算有无缺陷时2的电子结构为了使研究更全面研究人员还考察了缺陷浓度的影响。PS:Ruetschi缺陷指的是四价Mn氧化物中质子化了的Mn空位。PS: Ruetschi缺陷指的是四价Mn氧化物中质子化了的Mn空位。模型的建立H4Mn7□1O16单击此处编辑母版标题样式
度学H4Mn31□1O64单击此处编辑母版副标题样式没有空位的MnO2单击此处编辑母版
江苏沿海经济论坛
副标题样式参数设置Task: Geometry OptimizationXCFunction:GGA-PBEXC Function: GGAPBEEnergy cutoff: 550eVKmesh:fine单击此处编辑母版标题样式K mesh: fineOn the fly PseudopotentialSCFTl10×106单击此处编辑母版副标题样式SCF Tolerance:
1.0×10-6Spin polarized: Yes单击此处编辑母版副标题样式Initial Spin的值可以这样
设置1gt 在Properties栏设置Mn的自旋态FormalSpinState high 或者low2gt 在Setup
中选择use former spin as initial高低自旋态的选择要参考实验数据如果没有实验数据Castep也会自动优化优化。On the fly PseudopotentialCastep中包含有一个On the fly
Pseudopotential Generator 能够即时生成某个元素的赝势。在Castep的赝势选择中会有.otfg文件这实际上不是一个赝势文件而是一个参数文件点击View我们可以看到这个参数文件的具体内容。单击此处编辑母版标题样式大体上包括这样几个部分波矢的截断值原子核半径价层电子态各电子态的电子占据数等等具体参数的调整可以参阅Help文档中单击此处编辑母版副标题样式CASTEP file formats –OTFG下的相关内容。在这部分的研究工作中研究人员重新定义了Mn的价层电子态单击此处编辑母版副标题样式3s23p63d54s2使价层电子数由7变为15添加了semicore state 3s 3p此外对于磁性元素在参数文件中添加了NLCC核的非线性修正。在计算后得到的.castep 文件中可以看到相应设置得到的即时赝势的结果。测试为例测试相应的赝势以MnO 为例测试一下相应的赝势。参数设置与之前基本相同为
了检验Castep对Spin值的优化效果Mn的FormalSpinState设为lowInitialSpin为1FormalSpinState设为lowInitial Spin为1.结构优化的结果单击此处编辑母版标题样式实验值理论值
a3.142953.18366V219531228174单击此处编辑母版副标题样式
V21.953122.8174Mn-O2.222402.25119单击此处编辑母版副标题样式△EMn3s和Spin 值理论值实测值△EMn3s5.72eV△EMn3s6.05eV Spin 4.95 5 highSpin 5电子结构形成hi缺陷后禁带宽形成Ruetschi缺陷后禁带宽度的减小在与价带顶部新增的轨道
0-1eV。0-1eV。偏态密度分析表明这些轨道主要由空位附近的Mn和O贡献特单击此处编辑母版标题样式主要由空位附近的Mn和O贡献特别是Mn的3d和O2Mn的2p轨道。单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式a H4Mn31□1O64b H4Mn7□1O16电子结构单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式a MnO2 b H4Mn7□1O16c MnO2 d H4Mn7□1O16禁带宽度减小而且没有形成定域化能级。从空间分布来看Ruetschi缺陷形成后改变了原来HOMO和LUMO―混在一块‖的情况它将两者分隔开来的情况它将两者分隔开来。结论1gt Ruetschi缺陷减小了MnO2的禁带宽度且没有产生定域化得附加轨道。道。2gt Ruetschi缺陷将MnO2的HOMO和LUMO从空间上分隔开来这有利于增强MnO2的光电导性。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式新型新型1D1D配位聚合物配位聚合物Zn3C7H2NO52
8H2On新型新型配位聚合物配位聚合物3725282n的合成、表征与光学性质的合成、表征与光学性质白屈氨酸chelidamic acid络合物一般可以成为0维结构中心金属为Sn、Dy、Tb的复合物则可以长成1维结构而中心金属为Zn Mn V Ag Cu Gd Nd DyEr的复合物一般呈现出2维平面结构福建物构所的研究者使用气溶胶的方单击此处编辑母版标题样式Dy Er的复合物般呈现出2维平面结构。福建物构所的研究者使用气溶胶的方法合成出了新型1维Zn3C7H2NO528H2On该聚合物为1维长链且具有良好的光学特性。单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式Journal of Molecular Structure 921 2009 323–327光学性质光学性质单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式固体电子激发谱314nm和发射谱542nm漫反射谱单击此处编辑母版副标题样式固体电子激发谱314nm和发射谱542nm漫反射谱从固体电子发射谱上可以观测到在542nm处有强的绿光发射谱带而在314nm处能够观测到光激发现象。这意味着该化合物是一种非常好的潜在发光材料。在漫反射光谱中可以看到该化合物的光学带隙为2.18ev这表明该化合物很可能是一种半导体材料。2.18ev这表明该化合物很可能是种半导体材料。能带结构和态密度能带结构和态密度241ev单击此处编辑母版
标题样式2.41ev单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式导带的最低能量点241ev和价带最高能量点0ev都落在Q点上表导带的最低能量点2.41ev和
价带最高能量点0ev都落在Q点上表明此化合物是一个直接半导体其带隙为2.41ev与实验上观测到的2.18ev接近。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式
O-2s O-2p和Zn-3d态混合少量的C-2s C-2p N-2s
和N-2p态共同组成价带而导带则主要由C-2p态混合少量Zn-4s N-2p和O-2p态组成。392ev使用Castep计算得到的3.92ev使用Castep计算得到的光吸收谱从介电常数的虚部e2x可以看到在3.92 316处有个非常尖单击此处编辑母版标题样式ev 316nm处有一个非常尖的吸收峰与实验上观测到的314nm的光激发谱相吻合。单击此处编辑母版副标题样式同样的对于光发射带的分析表明该带是由于配合物配合物之间的电子迁移单击此处编辑母版副标题样式物-配合物之间的电子迁移而导致对应了O-2p到
C-2p轨道。光吸收谱光吸收谱ONETEP-领先的线性标度的量子力学计算程序ONETEP -领先的线性标度的量子力学计算程序ONETEP的技术特点??线性标度DFT程序??线性标度DFT程序??SCF收敛与体系大小尺寸无关??可处理超大体系并
系统性地进行精度调控对能量和力的计算与PWPl方法同等精度单击此处编辑母版标题样式??对能量和力的计算与PWPlane-wave方法同等精度??并行计算效率高单击此处编辑母版副标题样式ONETEP 可以直接执行三种任务·单点能的计算结构优
化过渡态搜索单击此处编辑母版副标题样式可以获得体系的下列化学和物理性质·电子密度静电势·Mulliken电荷Mulliken 电荷· Mulliken 自旋·键级·态密度DOS 态密度DOS ·分子轨道MOs Sisupercellof1000atomsSi supercell of 1000 atoms HOMOLUMO单击此处编辑母版标题样式单击此
处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式HighestOccupiedMolecularOrbitalrightandLowestUnoccupiedMolecularOrbitalleftofaSili consupercellcontaining1000atoms.Theabilitytostudysuchlargestructuresisimportantformo delingdefectsfracturinganddopantsatlowpggpconcentrations.单击此处编辑母版标题样
式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级?谌 兜谒募禛ULP第四级第五级GULPTheconceptofmodeling——MolecularMechanicsbNVVVVVrrrVθ21...The concept of modeling ——Molecular Mechanics eqanglebondseqrqnbrNKrrKVVVVVrrrVαααθα∑∑22212121 ...单击此处编辑母版标题样式dihedralsanglebondsnKδθθ∑??cos1单击此处编辑母版副标题样式jijipairsijijijijrBrA∑lt?? 612Morse二次方项单击此处编辑母版副标题样式ijjijijipairsrqqε∑ 三次方项jilt 二次方项拟合区三次方项拟合区GULP分子动力学晶体/固态性质??弹性常数分子动力学NVE、NVT 和NPT 系综允许使用壳层模型MD??弹性常数??体模量??杨氏模量??泊松比拟合与编辑力场对弹性常数体模量静态与高频介电常数泊松比??剪切模量??压电常数??声子频率单击此处编辑母版标题样式??对弹性常数、体模量、静态与高频介电常数、晶格能、压电常数、梯度、频率、静电势以及结构的经验拟合??拟合时同时对壳层位置和半径的驰豫声子频率??Gamma 振动模式的非分析修整??声子态密度??投影声子态密度单击此处编辑母版副标题样式??拟合时同时对壳层位置和半径的驰豫??弛豫拟合—与位移而不是梯度相匹配这
也意味着弛豫结构的性质也被拟合??同时与多个结构匹配??声子散射谱??零点振动能??熵常体积单击此处编辑母版副标题样式同时与多个结构匹配??可改变电荷??多
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