Material studio软件介绍

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级Materials Studio分子模拟软件Materials StudioVersion 2011Copyright ©2010, Neotrident Technology Ltd. All rights reserved.虚拟“实验”（分子模拟技术）C 决定依据RE单击此处编辑母版标题样式A TVI单击此处编辑母版副标题样式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Materials Studio •可兼顾科研和教学需求Materials Studio是整合的计算模拟平台•全面的应用领域•可在大规模机群上进行并行计算•客户端-服务器计算方式–Windows Linux-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-–DFT 及半经验量子力学–线形标度量子力学–纳米材料-材料表征与仪器分析-晶体与结晶-单击此处编辑母版副标题样式分子力学–QM/MM 方法–介观模拟构效关系研究与配方设计-……–统计方法–分析仪器模拟–……M aterials S tudio™MenuToolbar 单击此处编辑母版标题样式PropertyViewProject单击此处编辑母版副标题样式Job s usJob statusM aterials S tudio™•Materials Visualizer•Castep •Dmol3•Onetep •Qmera •VAMP单击此处编辑母版标题样式•Forcite plus •Gulp•COMPASSA h C ll •Amorphous Cell •Equilibria •SorptionAd ti L t 单击此处编辑母版副标题样式•Adsorption Locator •DPD •MesoDyn •Mesocite•QSAR•Reflex plus •Xcell•Polymorph Predictor •Morphology ……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CASTEP •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）•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•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MS5.5 —CASTEP 的新功能1.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DFT+D 技术；3LDA U 用于结构优化单击此处编辑母版标题样式3.LDA+U 用于结构优化；4.Norm-conserving 赝势的正式更新；5.Raman 光谱分析中引入对入射光源波数的设定；6spin orbital coupling 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)Hohenberg Kohn 定理r n E r r E r r r =Ψ,...Hohenberg-Kohn ()[]()[]N ,1()[]()[]()[]()[]r n E r n U r n T r n E xc r r r r ++=0单击此处编辑母版标题样式[])()()]([,,,2r r r n v k i k i k i eff rr r r r r ϕεϕ=+∇Kohn-Sham 方程单击此处编辑母版副标题样式Walter Kohn()()()r r f r n i ii r r r ϕϕ×=∑∗前提条件i()rd r n N 3∫Ω=r •只能计算体系的基态性能局限性•需要对交换相关能E xc 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文本样式第二级第三级掺杂ZnS 和ZnO 电子结构差异的第一原理研究第四级第五级AIST J J MATER SCI MATER EL 14149(2003)AIST, Japan, J MATER SCI-MATER EL 14, 149(2003)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：1> 性能具有很强的设计性Æ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2> 便于制备加工Æ可以通过多种方法方便地制成薄膜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？的研究人员针对这个问题，采用Castep对ZnO和ZnS的电子AIST的研究人员针对这个问题采用C t Z O Z S结构进行了研究。

要解决这个问题，我们需要这样一些数据：1> 相同的施主杂质，相同浓度下，ZnO 和ZnS 的能带结构和态密度；2> 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3> 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Z O Z S 在不同结构时的能带结构和态密度和态密度，以及ZnO 或ZnS 在不同结构时的能带结构和态密度；4> 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，杂质的种类和浓度的性能差异不过除了能带结构和态密度多个方面分析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。

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ZnO ZnS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，在菜单中选择Modify/Modifyelement,然后选择用来替换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: Energy XC Function:GGA PBE XC Function: GGA-PBEEnergy cutoff: 340eVK h fi单击此处编辑母版标题样式K mesh: fine Ultrasoft Pseudopotential (PBE)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O2pO2p 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s ，p 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版副标题样式轨道245#是一个新增的轨道，主要成分为Ga 的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ZnS和ZnO的结构差异无关。

子结构差异与S O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文本样式第二级第三级层状MnO2光电导性的第一原理研究第四级第五级Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, PRL 100, 146601(2008)w e ce e e ey N o bo o y,US ,00,660(008)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。

薄膜(厚度<1nm，最近，Sakai等人发现，含有3mol%空位的MnO2H0.13[Mn0.97□0.03]O2)在可见光(l<500nm)的照射下可以产生电流。