《中科大materialsstudio培训教程16(包你学会)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中科大materialsstudio培训教程16(包你学会)（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,背景: 当前，可应用于大周期性体系的密度泛函理论（DFT）取得了显著的进展，已经成为解决材料设计、加工中难题的有效方法。人们依据这个理论可以使解释实验数据，预测新晶体的结构、结合能和表面活性等基本性质。这些工具可以用来指导设计新材料，允许研究人员理解基本的化学和物理过程。 绪论: 在本教程中，将学习如何使用CASTEP来计算弹性常数和其他的力学性能。首先我们要优化BN立方晶体的结构，然后计算它的弹性常数。 本指南主要包括以下内容： 1 优化BN立方晶体的结构 2 计算BN的弹性常数 3 弹性常数文件的描述,计算BN的弹性常数 目的： 使用 CASTEP 计算弹性常数 模块： Material
2、s Visualizer, CASTEP 前提： 已使用first principles预测了AlAs的晶格常数,1. 优化BN立方晶体的结构 在计算弹性常数之前并不一定要进行几何优化，可以由实验观测到的结构计算出Cij数据。尽管如此，如果我们完成晶胞的几何优化，可以获得更多相容的结果，进而计算与理论基态对应的弹性常数。 弹性常数的精确度，尤其是切变常数的精确度，主要取决于SCF计算的品质，特别是布里渊区取样和波函数收敛程度的品质。所以我们设置SCF、k点取样和FFT格子的精度为Fine。,首先导入BN结构 在菜单栏中选择File/ Import，从structures/semiconduct
3、ors中选中BN.msi，按Import按钮，输入BN的晶体结构，见右图。 为了节省计算时间，由Build / Symmetry / Primitive Cell将此conventional representation 转化为primitive representation.,现在设置几何优化 从工具栏中选择CASTEP工具 ，然后从下拉列中选择Calculation（或从菜单栏中选择Modules / CASTEP / Calculation）。 CASTEP Calculation对话框见右图： 在Setup标签中，把Task设置为Geometry Optimization，把Quali
4、ty 设置为Fine，并且把Functional设置为GGA and PW91。 按下more按钮，选中Optimize cell。关闭CASTEP Geometry Optimization对话框。,选择Electronic标签，按下More.按钮以得到CASTEP Electronic Options对话框。把Derived grid的设置从Standard改为Fine。关闭CASTEP Electronic Options对话框。,选择Job Control标签，设定本地机运算。 按下CASTEP Calculation对话框中的Run按钮。,优化之后，此结构的晶胞参数应为a=b=c=2
5、.574。现在我们可以继续计算优化结构的弹性常数。,或按右键显示,2. 计算BN的弹性常数 BN CASTEP GeomOpt/BN.xsd处于激活状态。选择CASTEP Calculation对话框中的Setup标签，从Task的下拉清单中选择Elastic Constants。 按下More.按钮，CASTEP Elastic Constants对话框见右图。将Number of steps for each strain由4增加为6，按Run运行。 CASTEP的弹性常数计算任务的结果以一批.castep输出文件的形式给出。这些文件中的每一个文件都代表确定的晶胞在假设的应变模式和应变振幅
6、下的几何优化运行结果。这些文件的命名约定为：seedname_cij_m_n。对于给定的模式来说，m代表当前的应变模式，n代表当前的应变振幅。,6,仅取一种应变模式,从属性清单中选择Elastic constants，从BN的弹性常数计算工作中得到的结果文件BN.castep应自动显示在Results file选框中。按下Calculate按钮。计算结束后产生一个新的文档BN Elastic Constants.txt。 此文档中的信息包括： *输入的应变和计算出的应力的总结 *每一种应变模式线性拟合和拟合质量的计算结果 *给定对称性下计算出的应力与弹性常数之间的对应 *弹性常数Cij和弹性柔
7、量Sij的表格 *导出量：体积模量和其倒数、压缩系数、杨氏模量、Poisson比、 Lame 常数(用于模拟各向同性介质),CASTEP可以使用这些结果来分析每一个运行计算出来的压力张量，产生一个有关弹性性质的文件。 从工具栏中选择CASTEP 工具，然后选择Analysis或者从菜单栏中选择Modules | CASTEP | Analysis。,3 弹性常数文件的描述 对于这种点阵类型，需要考虑两种应变模式(本教程只计算了一种)。对于每一种应变模式，都有一个计算出的应力的总结(由各自的.castep文件得到)。,= Elastic constants from Materials Stud
8、io: CASTEP =,Summary of the calculated stresses *,Strain pattern: 1,=,Current amplitude: 1,Transformed stress tensor (GPa) :,-4.990578 0.000000 0.000000,0.000000 -6.907159 0.953658,0.000000 0.953658 -6.908215,Current amplitude: 2,Transformed stress tensor (GPa) :,-5.949042 0.000000 0.000000,0.000000
9、 -7.093625 0.571307,0.000000 0.571307 -7.094263,提供了应力，应变的组成和弹性常数张量之间联系的所有信息。在这一阶段，每一个弹性常数均有一个简洁的指数代表而不是由一对ij指数代表。稍后会在文件夹中给出压缩符和常规的指数标定之间,的对应。,和弹性系数相对应的应力 (压缩符)：,1 7 7 4 0 0,as induced by the strain components:,1 1 1 4 0 0,在下面的表格中给出了每一种应力组成的应力-应变线性适配关系:,Stress Cij value of value of,index index stress
10、 strain,1 1 -4.990578 -0.003000,1 1 -5.949042 -0.001800,1 1 -6.891618 -0.000600,1 1 -7.838597 0.000600,1 1 -8.784959 0.001800,1 1 -9.726562 0.003000,C (gradient) : 788.920238,Error on C : 0.945626,Correlation coeff: 0.999997,Stress intercept : -7.363559,此梯度提供了弹性常数的数值（或弹性常数的线性组合），适配的质量，由相关系数表示，提供了另人满
11、意的弹性常数的不确定度。,在进一步的分析中没有使用压力的切点值, 它很简单的指示出收敛的基态离最初的结构有多远。,所有应变模式的结果总结如下：,= Summary of elastic constants =,id i j Cij (GPa),1 1 1 788.92024 +/- 0.946,4 4 4 447.55108 +/- 0.749,7 1 2 148.70983 +/- 0.754,The errors are only provided when more than two values for the strain amplitude were used, since the
12、re is no statistical uncertainty associated with fitting a straight line to only two points.,弹性常数以常规的6x6张量的形式显示出,随后弹性柔量（compliances）以相似的6x6形式显示出：,= Elastic Stiffness Constants Cij (GPa) =,= Elastic Compliance Constants Sij (1/GPa) =,0.0014282 -0.0002075 -0.0002075 0.0000000 0.0000000 0.0000000 -0.00
13、02075 0.0014282 -0.0002075 0.0000000 0.0000000 0.0000000 -0.0002075 -0.0002075 0.0014282 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0023533 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0023533 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0023533,文
14、件的最后部分包含推出的属性:,736.57379 125.20883 125.20883 0.00000 0.00000 0.00000 125.20883 736.57379 125.20883 0.00000 0.00000 0.00000 125.20883 125.20883 736.57379 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 424.93974 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 424.93974 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 424.93974,Bulk modulus = 362.11330 +/- 0.593 (GPa),Compressibility = 0.00276 (1/GPa),Axis Young Modulus Poisson Rat
