第一性原理计算软件的使用
ABINIT中文教程
ABINIT中文教程ABINIT是一个自由、开源、强大的第一性原理计算软件包，广泛应用于固体材料、分子物理和纳米材料等研究领域。
本教程将简要介绍ABINIT的基本原理和使用方法，包括输入文件的编写、计算参数的设置以及结果的分析等内容。
ABINIT基于密度泛函理论(DFT)和平面波基组，使用周期性边界条件模拟固体和分子体系的电子结构和物理性质。
用户需要先准备一个输入文件，该文件中包含了系统结构、计算参数和所需的物理性质等信息。
ABINIT通过解Kohn-Sham方程计算电子波函数和电荷密度，然后根据这些信息计算能带结构、态密度、光学性质等物理量。
在"Header"块之后是"Atoms"块，用于描述体系的原子结构。
用户需要提供每个原子的种类、坐标和原子数目等信息。
要注意的是，坐标可以是晶体坐标或直角坐标，具体取决于计算模式。
接下来是"Kpoints"块，用于设定k点网格的参数。
k点网格决定了计算精度和效率，用户可以根据需要自由选择k点的数目和分布方式。
常用的选择方式包括均匀分布和自适应密度分布等。
然后是"Electrons"块，用于设置关于电子结构计算的一些参数。
其中包括自洽迭代的收敛条件、布里渊区采样数目以及电子自旋等。
用户可以根据需要设置这些参数以达到较高的计算精度。
在输入文件的最后，我们可以指定一些附加任务和输出项，如计算能带结构、态密度、光学性质和力学性质等。
ABINIT提供了丰富的输出选项，用户可以根据需要进行设置。
在准备好输入文件之后，我们可以运行ABINIT来进行计算。
ABINIT有多种运行方式，包括串行计算和并行计算。
用户可以根据计算机平台和性能选择适合自己的方式。
在计算过程中，ABINIT会生成一系列中间文件和输出文件，用户可以根据需要查看和分析这些文件。
最后，我们需要对计算结果进行分析和解释。
ABINIT提供了一些脚本和软件来处理和可视化输出文件，如计算能带结构、态密度和光学吸收谱等。
castep过渡态计算
castep过渡态计算
CASTEP是一个用于计算材料的第一性原理密度泛函理论的软件包。
它可以对材料的结构、能带、光学性质等进行计算和分析。
要进行过渡态计算，你可以按照以下步骤进行操作：
1. 准备初始和最终状态的几何结构：首先，你需要准备两个状态的初始几何结构，分别代表起始状态和最终状态。
这些结构可以是从实验数据、文献中获取的，或者通过其他软件进行预测得到的。
确保这些结构已经进行了几何优化，并且能够代表所研究的材料。
2. 运行CASTEP进行能量最小化计算：使用CASTEP对起始状态和最终状态的几何结构进行能量最小化计算。
这将通过优化原子位置来找到使体系能量最低的结构。
在计算过程中，可以选择不同的交换-相关泛函和赝势，以及设置收敛准则和计算参数。
3. 计算过渡态：在得到了起始和最终状态的能量最低结构之后，你可以使用插值方法计算过渡态。
这可以通过在两个状态之间插入中间结构，并依次进行能量最小化计算来实现。
在插值过程中，可以使用线性插值、NEB（nudged elastic band）方法等。
4. 分析结果：完成过渡态计算后，你可以分析过渡态的能垒、反应路径等性质。
这将有助于理解反应机理和动力学过程。
需要注意的是，过渡态计算可能涉及一些复杂的计算和模拟技术，需要一定的理论基础和计算经验。
此外，不同的材料系统和反应类型可能需要使用不同的方法和策略来进行过渡态计算。
因此，在具体操作之前，建议你深入了解相关理论和方法，并参考CASTEP软件包的
文档和教程。
castep计算拉曼光谱
castep计算拉曼光谱
CASTEP是一种基于密度泛函理论的第一性原理计算软件，可以用于计算材料的电子结构、晶体结构、能带结构等物性。
虽然CASTEP主要用于电子结构计算，但它也可以计算材料的振动特性，包括拉曼光谱。
要使用CASTEP计算拉曼光谱，以下是一般的步骤：
1.准备输入文件：首先，您需要准备一个CASTEP的输入文件，通常是以.cell或.mol 格式存储的材料结构描述文件。
该文件应包含所研究材料的晶胞参数、原子坐标和元素类型等信息。
2.设置计算参数：在输入文件中，您需要设置一些计算参数，以控制拉曼光谱计算的精度和速度。
这些参数包括计算方法、波函数基组、赝势、k点网格等。
对于拉曼光谱计算，您还需要指定频率和极化方向。
3.运行CASTEP计算：将准备好的输入文件输入到CASTEP程序中，并运行计算。
CASTEP将基于设定的参数对材料进行电子结构计算和振动计算。
4.分析结果：完成计算后，您可以从CASTEP的输出文件中提取拉曼光谱数据。
拉曼光谱数据通常以频率和散射强度的形式给出。
您可以进一步分析和解释这些数据，以获得关于材料的振动特性和结构信息。
需要注意的是，计算拉曼光谱是相对复杂和计算密集的任务，需要较高的计算资源和相关知识。
因此，在使用CASTEP计算拉曼光谱之前，建议您熟悉CASTEP软件的基本操作和原理，并确保您具备足够的计算能力和资源支持。
另外，根据您研究的具体材料和问题，可能还需要进行其他预处理和后处理步骤，以获得更准确和有意义的结果。
1。
castep计算吸收光谱
castep计算吸收光谱
CASTEP（Cambridge Sequential Total Energy Package）是一种基于第一性原理的材料模拟软件，广泛用于计算材料的电子、结构和光学性质。
下面是使用CASTEP计算吸收光谱的一般步骤：
1.结构优化：首先，使用密度泛函理论（DFT）方法对待计
算材料的晶体结构进行几何结构优化。
此步骤对于获取准确的原子坐标和晶体结构参数至关重要。
2.能带计算：在结构优化完成后，使用CASTEP进行能带计
算，计算材料的电子能带结构。
这将提供有关材料的能量带隙、能带形状和能级分布等信息。
3.光学性质计算：接下来，使用CASTEP计算材料的吸收光
谱。
可以通过在计算输入文件中添加适当的参数来实现此目的。
•范围：定义用于计算吸收光谱的能量范围。
可以选择合适的范围，以包含所需的吸收过程。
•k点网格：使用CASTEP的k点网格参数，对能带计算和吸收光谱计算进行采样。
k点密度的选择将直接影响计算结果的准确性和计算效率。
•打开合金近似（OAA）：对于包含过渡金属等元素的化合物，可以考虑打开合金近似来获得更准确的光学性质计算结果。
4.解析计算结果：在CASTEP计算完成后，将得到能带结构
和吸收光谱的计算结果。
可以使用可视化工具或自行编写脚本来进行计算结果的分析和解释。
需要注意的是，CASTEP计算吸收光谱需要对材料的结构和光学参数进行适当的设置，并进行计算参数的收敛测试。
同时，由于光学性质计算的计算量较大，可能需要运行在高性能计算机集群或并行计算环境中。
castep计算大分子
castep计算大分子CASTEP是一种基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件，广泛用于材料科学领域。
对于大分子的计算，CASTEP也可以提供有效的解决方案。
下面我将从多个角度回答你关于CASTEP计算大分子的问题。
1. 大分子模型的建立：在CASTEP中，大分子模型的建立通常需要从分子结构文件开始。
你可以使用分子编辑器（如Avogadro、VMD等）或者化学绘图软件（如ChemDraw、Gaussian等）来创建或导入分子结构文件。
然后，你可以使用CASTEP的输入文件格式（.cell或.castep）来描述分子的几何结构、晶胞参数等。
2. 计算参数的选择：对于大分子的计算，一些关键的计算参数需要特别关注。
首先是选择合适的泛函和基组，常用的泛函包括LDA、GGA等，而基组可以选择从小到大的一系列基组进行测试。
此外，还需要设置合适的计算精度，如收敛准则、k点网格密度等。
这些参数的选择需要根据具体的研究目的和计算资源进行权衡。
3. 计算的并行性：对于大分子的计算，由于计算量较大，通常需要利用并行计算的能力来加速计算过程。
CASTEP支持多种并行计算方式，如共享内存并行（OpenMP）、分布式内存并行（MPI）等，可以根据计算资源的情况选择合适的并行方式进行计算。
4. 计算结果的分析：CASTEP计算完成后，你可以通过分析计算结果来获得关于大分子的各种物理和化学性质的信息。
例如，你可以获得分子的几何构型、电子结构、能带结构、密度分布等信息。
此外，你还可以计算和分析分子的振动谱、光谱性质等。
5. 计算结果的验证：对于大分子的计算，验证计算结果的正确性是非常重要的。
你可以通过与实验结果的比较来验证计算的准确性。
例如，可以比较计算得到的分子结构与实验测量的结构的差异，或者计算得到的能带结构与实验测量的光电子能谱的对比等。
总之，CASTEP是一个强大的计算工具，可以用于大分子的计算。
在进行大分子计算时，需要合理选择计算参数、充分利用并行计算能力，并对计算结果进行准确性验证。
第一原理计算方法及MaterialsStudio中Castep使用
第一原理常用计算软件
根据对势函数及内层电子的处理方法不同 主要分为两大类，一种是波函数中包含了 高能态和内层电子，而势函数只是原子核 的贡献，这称为全电子（all electron calculation）法，另一种处理方法是势函 数为原子核和内层电子联合产生的势，称 为离子赝势，波函数只是高能态电子的函 数，这称为赝势（pseudo-potential）法。
b. Born-Oppenheimer近似，核固定近似 中子/质子的质量是电子质量的约1835倍，即电子的运 动速率比核的运动速率要高3个数量级，因此可以实现 电子运动方程和核运动方程的近似脱耦。这样，电子可 以看作是在一组准静态原子核的平均势场下运动。
c.单电子近似 把体系中的电子运动看成是每个电子在其余电子的平均 势场作用中运动，从而把多电子的薛定谔方程简化单电 子方程。
在CASTAP计算中有很多运行步骤，可分为如下几组：
结构定义：必须规定包含所感兴趣结构的周期性的3D模型 文件，有大量方法规定一种结构：可使用构建晶体 （Build Crystal)或构建真空板(Build Vacuum Stab)来 构建，也可从已经存在的结构文档中引入，还可修正已存 在的结构。
注意： CASTEP仅能在3D周期模型文件基础上进行计算， 必须构建超单胞，以便研究分子体系。
Pseudo
Pseudo
Pseudo, PAW all-electron
操作系统
Linux
Web Site
www.abinit. org
Windows Linux
Linux
www.tcm.ph / castep/
www.pwscf.o rg/
Linux Linux
cms.mpi.un ivie.ac.at/v asp
如何用VASP计算晶格常数
如何用VASP计算晶格常数VASP是一款常用的第一性原理计算软件，可用于计算各种物理和化学性质，包括晶格常数。
本文将通过详细的步骤指导如何使用VASP计算晶格常数。
1.准备工作：在使用VASP计算晶格常数之前，需要准备以下文件：-INCAR文件：包含所有计算参数的输入文件。
- POSCAR文件：包含体系的原子坐标和晶格常数的输入文件。
可以使用外部软件生成，例如Materials Studio、VESTA等。
-POTCAR文件：包含原子势能信息的文件。
-KPOINTS文件：用于定义k点网格，用于计算能带结构。
可以使用自动生成工具进行生成。
2.设置INCAR文件：打开INCAR文件，设置以下参数：-ENCUT：截断能。
一种势能截断参数，对计算结果影响较大。
可通过多次计算逐渐增大其值，直到结果收敛为止。
- ISMEAR：用于定义电子占据数的方法。
常用的选项有Gaussian和Methfessel-Paxton。
- SIGMA：在使用ISMEAR选项为Gaussian时，用于定义宽度的参数。
一般选择小于0.2 eV。
- PREC：定义计算的精度级别。
常用的设置有Low、Normal和High。
-NSW：定义离子进行多少步的迭代。
-ISTART和ICHARG：对于初始的计算，将其设置为0。
-EDIFF：收敛判据。
设置一个合适的值，使得计算结果收敛。
3.设置POSCAR文件：打开POSCAR文件，设置晶体的结构参数。
可以手动输入原子的坐标，或者复制其他软件生成的文件内容。
4.设置POTCAR文件：在VASP的安装目录中，找到POTCAR文件夹，并将需要使用的原子势能文件复制到当前工作目录中。
注意保持POTCAR文件的顺序和POSCAR文件中原子的顺序一致。
5.设置KPOINTS文件：打开KPOINTS文件，在其中设置k点的信息。
k点的密度对计算结果的精度有一定影响，可以根据具体需求进行调整。
在这里，我们将只计算晶格常数，因此可以选择较低的k点密度。
VASP中画部分电荷密度方法
VASP中画部分电荷密度方法VASP是一种常用的第一性原理计算软件，可以用于计算物质的电子结构和物理性质。
在VASP中，可以使用多种方法来计算材料的部分电荷密度，其中最常用的方法是通过投影到局域化轨道（Projection onto Localized Orbitals, PLO）来计算部分电荷密度。
在VASP中，计算部分电荷密度需要以下步骤：1. 绘制轨道：首先，需要确定感兴趣的原子或分子的轨道，例如局域化的d轨道、杂化轨道等。
这可以通过使用Wannier90软件包来实现，该软件包可以将Kohn-Sham波函数投影到局域化的原子轨道上。
2. 投影矩阵：使用Wannier90软件包生成的投影矩阵可以将Kohn-Sham波函数投影到局域化的原子轨道上。
这个投影矩阵可以在Wannier90的输出文件中找到。
3.计算部分电荷密度：使用VASP的计算任务，通过设置INCAR文件来包含所需的信息。
在这个文件中，需要指定投影矩阵的文件名以及所需的波函数文件。
在计算任务开始后，VASP将使用投影矩阵和波函数来计算部分电荷。
需要注意的是，计算部分电荷密度需要使用相对大的截断能和k-点网格，以保证计算结果的精度。
此外，计算部分电荷密度所需的计算资源也较高，因此可能需要较长的计算时间和大量的内存。
除了PLO方法外，VASP还支持其他方法来计算部分电荷密度，如Mulliken方法、Hirshfeld方法等。
这些方法在原理和计算步骤上有所不同，但都可以用于计算材料的部分电荷密度。
总结起来，VASP中计算部分电荷密度的方法可以通过使用投影到局域化轨道的方法来实现。
通过绘制轨道，生成投影矩阵，并在VASP的计算任务中设置相应的参数，可以计算材料的部分电荷密度。
但需要注意，这种计算方法对计算资源的要求较高，可能需要较长的计算时间和大量的内存。
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主输出文件
Hirshfeld Analysis（原子电荷分析）
Species Ion Hirshfeld Charge (e)
================================
O
1
-0.31
O
2
-0.31
O
3
-0.31
Ti
1
0.53
Ba
1
0.40
==================================
基态能量与电子结构的计算
在Electrtonic选项卡上，大部分的参数由前面的选 择自动给出，可以不改。具体的可以按“More”按钮 进行进一步设定。
电子结构计算的设定共有四个选项卡，分别为Basis， SCF，K-point和Potential。
精品课件
基态能量与电子结构的计算
电子结构计算设定的Basis选项卡 上，可以设定基组的能量截断值， 也即基组的大小。
在Potential选项卡上，可以选 择赝势参数。赝势的类型有二 种：Norm-Conserving和 Ultrasoft。势的表象可以在实 空间（real 空间），也可以在 倒易空间（Reciprocal space）。
精品课件
基态能量与电子结构的计算
Properties选项卡用来选取在第一性原理的计算中要计 算的物理量。每几物理量还有对应的参数可以选择。
点击“More”按钮后，出现几何 结构优化参数的具体设定对话框， 共有三个选项卡Minimizer, Options和Stress。
精品课件
晶体结构驰豫 在“Minimizer”选项卡上，可 以设定几何优化的收敛条件， 可以按等级自动给出，也可以 指定具体数值。
缺省的最大迭代数是100，可以 根据需要进行修改。
精品课件
点击“Density of States”之 后，出现态密度计算的选项，可 以选到计算PDOS。
点击“More”按钮后，可以进一 步设定K点的取值，或者指定交 换关联函数。
点击“Optical Properties”后， 可以计算光学性质，各种选项的 与态密度计算相同。
基态能量与电子结构的计算
可以设定FFT变换的网格的密度。 设定基组修正的方法。
在SCF选项卡上，可以设定SCF计 算的收敛判据，如能量变化量， 循环次数；
还可以设定电荷密度混合的参数 和方法。点击“More”按钮有更 多的选项。
精品课件
基态能量与电子结构的计算
在K-points选项卡上，可以设 定K点的选取参数，只计算 Gamma点，由Quality等级自动 给出，指定间隙，或直接指定 网格的数量。还可以设定原点 的漂移。
精品课件
点击“Band Structure”后， 下面出现能带计算的参数，如 空带数量，K点网格。
点击“More”按钮后出现更细 的选项，如指定交换关联函数， 和设定K点路径。
点击“Path”按钮，就可以得 到在布里渊区路径的对话框。 可以增加或减少能带结构的路 径。
基态能量与电子结构的计算
Material Studio中的 Visualizer提供了处理 大部分第一性原理计算 的方法。
右图为BaTiO3结构优化 完成后的界面。
精品课件
主输出文件
CASTEP模块计算的主输出文件是<名称>.castep，其中 的<名称>是原子结构模型的名称，记录了计算的全部过 程，包括出错信息。
1.84 4.90 0.00 0.00
Ti 11.04
1 0.96
2.35 6.58 2.12 0.00
Ba 8.74
1 1.26
2.07 5.98 0.69 0.00
精=品=课=件====================================== 在晶体中，因为没有明确的边界，每个原子的电荷数是
精品课件
Material Studio的界面
精品课件
主窗口中三种窗口：
原子结构窗口
K空间窗口，显示 了与原子结构对应 的K空间的单胞和 计算能带结构的路 径。
CASTEP计算的主 输出文件，列出了 计算参数，计算过 程，大部分的算结 果。
基态能量与电子结构的计算
下面以ZnO为例，显示基态能量计算的方法，以及得 到的电子结构和物理性质的结果。计算步骤如下： 1. 导入模型：从CASTEP提供的原子结构中导入ZnO的 原子结构文件，如图所示。
Species Ion s
p
d
Charge (e)
f Total
=========================================
O 6.74
1 -0.74
1.84 4.90 0.00 0.00
O 6.74
2 -0.74
1.84 4.90 0.00 0.00
O 6.74
3 -0.74
根据得到的能量变化和应力张量，调整晶体中原子的位 置和晶格常数。
当满足收敛条件时，结构优化结束，得到优化的晶格常 数，原子位置。
对于BaTiO3，晶格常数从4.01000变到4.00636 ，原子 在晶胞中的相对位置受到对称性的限制没有变化。
精品课件
主输出文件 Atomic Populations (Mulliken)
File菜单用来进行项目管理，包括新建，打开和保存项 目和窗口，导入、导出原子结构模型和其他文件。
View菜单用来调整界面上工具条和窗口的显示和隐藏， 可以根据需要进行调整。
Modify可以用来调整个原子结构，如修改原子，成键， 化学键杂化状态，调整电荷和电子态，设定原子运动的 约束条件。
Build菜单可用来构建原子结构模型，调整晶体结构的 对称性等。
可以设定是否要优化晶格参数。 在晶胞可变时有二种基组大小
设定的方法：固定基组大小或 固定基组品质。
在“Options”选项卡上，可以 选取算法，CASTEP中只有二种 算法可选：BFGS和DampedDM。
精品课件
晶体结构驰豫
精品课件
在“Stress”选项卡上，可 以设定晶体受到的应力，可 以计算晶体在高压下的性能。
“Run in parallel on”是指要用几个进程来进行计算。 双核超线程的计算机上可以选4个进程。
精品课件
自治计算收敛情况
精品课件
晶体结构驰豫
晶体结构豫是第一性原理计算中 经常需要进行的计算，目的在于 找到能量最低的基态。
要进行晶体结构的驰豫，在 “CASTEP Calculation”对话框 的“Setup”选项卡上的“Task” 下拉框中选取“Geometry Optimization”。
除了主窗口外的三个窗口也可以通过View菜单来显示和 隐藏。
项目窗口管理第一性原理计算的所有文件，包括原子模 型，计算条件设定，计算结果等。
属性窗口可用来显示和修改当前窗口中对象的属性。 作业调度窗口显示正在进行的计算作业的状态，可以用 精品来课件中断提交的计算。
Material Studio的界面
属性菜单显激活窗口中选中元素的属性。可以显示属性 值，也可以进行修改
可以用Window菜单对主窗口进行操作，如各种排列方式， 图标化显示，关闭窗口等。
在原子结构窗口，按住鼠标左键用于选取原子结构图中 的单元，如原子，键等，按住鼠标右键拖动可以对模型 进行旋转，以便更好地观察。
可以用测量工具测量原子结构中的原子间距，夹角，扭 角等。
偏振光需要给出偏振方向，非偏振 光需要给出入射方向。
介电常数
精品课件
反射率
精品课件
吸收系数
精品课件
折射率
精品课件
光导率
精品课件
Loss Function
精品课件
热力学性质-德拜温度
精品课件
作业
选取一种金属材料（如铜，铝等），一种绝缘体材料， 分别用利用第一性原理计算其DOS分布图和能带结构图， 说明金属和绝缘体的区别。
<名称>.castep首先列出了用于计算的所有参数，包括 人工设定的和系统默认的，然后列出了体系的晶格参数， 原子种类，采用的赝势，原子坐标等。
列出计算中用到的K点，然后是对称性分析有约束条件。 通过三个不同的截断能量计算得到的基态能量值，估算
基组引起的修正值。
精品课件
主输出文件
开始结构优化的大循环，每个循环步聚中都要计算电子 结构的自治计算，得到基态能量和应力张量。调整晶体 中原子的位置和晶格常数。
精品课件
Total DOS
精品课件
能带结构
精品课件
可以得到能带结构图。带隙 1.88eV。直接带隙。
比实验值小，是DFT的固有缺 点。
光学性质
精品课件Байду номын сангаас
通过第一性原理计算得到电子结构 后，可以计算物质的光学性质，包 括介电常数，反射率，吸收率，折 射率，光导率，和Loss Function。
可以计算偏振光，非偏振光，和多 晶体的光学性质。
调整Display Style对话框中的isovalue选项卡中的isovalue值，就可以看到 等高面的变化，也可以看剖面上的密度分布，详见实际演示。
精品课件
DOS/PDOS分布图
Ti原子
精品课件
DOS/PDOS分布图
Ba原子
精品课件
DOS/PDOS分布图
氧原子
精品课件
DOS/PDOS分布图
Tool菜单提供了一些常用的小工具，帮助处理计算中的 一些问题。
Module列出了Material Studio中所有的模块，以及对 精品他课件们的操作。
Material Studio的界面
主窗口是一个多文档窗口，可以容纳其他各种窗口，如 原子结构窗口，各种图表窗口，文本窗口等。