《Forcite分子动力学模块计算温度对带隙和光谱的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Forcite分子动力学模块计算温度对带隙和光谱的影响（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.本课程学习内容计算石英晶体晶胞体积与温度的关系，了解分子动力学的初步使用。二. 计算硅晶体晶胞体积与温度的关系，温度对带隙和光谱的影响。石英熔点1800K作业1：查水晶c轴的定义？出处？作业2：根据的数据，估算1800K时，石英晶胞的体积是多少？与动力学计算 值比较。MM80：Mirwald and Masone (1980) 静压实验。 作业3：找Tridymite结构1.一. 计算石英晶体晶胞体积与温度的关系，了解分子动力学的初步使用。2. 1. 在F盘中建立文件夹class09203. 2. 打开Materials Studio，在class0920中新建名为sio2的Project
2、。3. 由内部数据库，输入、-quartz的结构导入、两种石英晶 体结构先优化-SiO2的结构。选 择Quartz-beta为当前文件 。选择分子动力学计算模块Forcite。从Forcite的下拉菜单中打开 Calculation对话框，选择 Setup选项卡，设置Task为 结构优化，计算精度Quality 为Ultra-fine。单击More按钮，在打开的 对话框中勾选Optimize cell ，设置迭代次数为500。4. 用分子动力学计算模块Forcite优化两种石英晶体的结构打开Energy选项卡，设置力场 Forcefield为COMPASS27，计算精度 Quality为Ult
3、ra-fine。打开Job Control选项卡，选用本地机 My Computer进行计算，设置并行数 2，单击Run进行结构优化。同样对-SiO2进行结 构优化，Project中出 现两个新文件夹。由File/Save Project保存文件；再由 Window/Close all关闭窗口文件。双击四个结构文件由Window/Tile Vertically排列 四个结构图。1、3分别是实验 确定的-SiO2 和-SiO2；2、4 分别是结构优化的-SiO2 和- SiO2。3241依次使这四个结构文件为当前文件，同时在右下角的Properties 中选 Lattice 3D ，显示相应结构
4、的体积和空间群。这些信息列于结构图的左右两侧。可以看出2 、4的体积一样。依次选中一个结构图 ，用Find Symmetry找 其对称性，信息列于 结构图的上下两侧。比较四个图的信息可知，1、3未变，2、4的体积一样，空间群也一 样。即结构优化后， -SiO2 变为-SiO2。这样我们就在不同的温度 下计算-SiO2的性质。结构优化后， -SiO2转变为 -SiO2，体积 一样。12143关闭其它文件，仅 保留结构图4，即 结构优化后的- SiO2的结构。按右图所示的步骤， Edit/Select All/Copy，选择结 构优化的-SiO2的结构。鼠标移至Project的SiO2上，按右键
5、，在下拉菜单中选择3D Atomistic Document，工作窗口中出现一个空 的3D Atomistic .xsd。5. 计算不同温度下-SiO2晶胞的体积由Edit / Paste，将结构优化 后的-SiO2的结构复制到新 的3D Viewer上。在3D Viewer的空白处单击左 键，取消选择。鼠标移至Project的3D Atomistic.xsd上，按右 键，单击下拉菜单中的 Rename，将文件名改为 sio2_100.xsd。同样，在Project下继续复制结构优化后的 quartz_beta.xsd，分别将这些新的3D Atomistic.xsd 重新命名为SiO2_200
6、 SiO2_2000.xsd。课堂时间少，同学作4个： SiO2_300.xsd、 SiO2_800.xsd、 SiO2_1600.xsd 、SiO2_1800.xsd收敛性测试模拟计算时间与晶胞体积的关系单击More按钮，选择Dynamics标签，按右 图进行设置。注意温度固定在1200K，其 余设置不变。选择分子动力学计算模块Forcite 。从 Forcite的下拉菜单中打开Calculation对话 框，选择Setup标签，设置Task为动力学 (Dynamics)，计算精度Quality为medium 。计算1200K下-SiO2的体积，比较模拟时间 对计算出的体积数值的影响，以设置
7、合适的 模拟时间。结构文件为 sio2_1200.xsd，设为当前文件 。打开Job Control选项卡，选用本地机 My Computer进行计算，设置并行数 2，单击Run进行结构优化。打开Energy选项卡，设置力场Forcefield为 COMPASS27，计算精度Quality为Medium 。计算结束后，Project中出现一个新文件夹从计算结果中可以 看出，模拟50ps， 温度没有收敛，在 Properties中选 Lattice 3D，可见晶 胞体积为118.657。由File/Save Project保存文件，再由 Window/Close all关闭窗口文件。再次设sio
8、2_1200.xsd为当前文件。单击More按钮，选择Dynamics标签，按右 图进行设置。注意温度固定在1200K，模 拟时间增大为100ps，其余设置不变。选择分子动力学计算模块Forcite 。从 Forcite的下拉菜单中打开Calculation对话 框，选择Setup标签，设置Task为动力学 (Dynamics)，计算精度Quality为medium 。打开Job Control选项卡，选用本地机 My Computer进行计算，设置并行数 2，单击Run进行结构优化。计算结束后，Project中 出现一个新文件夹。从计算结果中可以看出 ，模拟100ps，温度没有 收敛，在Pr
9、operties中选 Lattice 3D，可见晶胞体 积为124.931。重复前面步骤，保持温度不变，模拟时间继续 由100ps增大至200、300、400ps，得到多个 新文件夹。从中可以看到，随着模拟时间的增长，Temperature的震荡逐渐减小，计算出的晶 体体积逐渐趋于一个常数。权衡计算时间与计算精度，本课程取模拟时间为300ps 。温度高，收敛快。下面将模拟时间固定为300ps，改变温度，计算相应的晶胞体积。单击More按钮，选择Dynamics标签，按右 图进行设置。注意温度固定在100K，其余 设置不变。选择分子动力学计算模块Forcite 。从 Forcite的下拉菜单中打
10、开Calculation对话 框，选择Setup标签，设置Task为动力学 (Dynamics)，计算精度Quality为medium 。计算100K下-SiO2的体积，模拟时间定为 300ps。设结构文件 sio2_100.xsd为当前文件。打开Job Control选项卡，选用本地机 My Computer进行计算，设置并行数 2，单击Run进行结构优化。打开Energy选项卡，设置力场Forcefield为 COMPASS27，计算精度Quality为Medium 。计算结束后，Project中出现一个新文件夹从计算结果中可以 看出，模拟100ps， 温度逐渐收敛到 100K附近。在 P
11、roperties中选 Lattice 3D，可见晶 胞体积为124.581， 对称性是P1。用同样的步骤，计算200、300、4002000K温度下的SiO2晶胞体积。课堂上 只取300、800、1600K三个温度，计算晶胞体积，记下对称性。不同温度下SiO2晶胞的体积和对称性C2 C2 P1 P1 P1 P1 C2 P6222P3221 P6222P6222P6222 P3221 P6222 P6222作业4：解释对称性符号，尝试讨论相变 。二. 计算硅晶体晶胞体积与温度的关系，温度对带隙和光谱的影响。1. 仍然在名为sio2的Project中建文件， 由内部数据库输入Si的结构。按右图的
12、步骤，将 晶胞转换为原胞， 减小计算量。2. 用Forcite计算300K下硅的结构模拟时间仅为50ps，时间 短，温度没收敛。示意看看 温度的影响。3. 以300K下Forcite计算出的硅结构为稳定构形，用第一性原理软件CASTEP计算 其能带和光谱由File/Save Project保存文件；再由 Window/Close all关闭窗口文件。 激活300K下Forcite计算出的硅结构 ，使其为当前文件。几分钟后计算完成，出现新文件打开CASTEP分析对话框，显示能带结构图 。作业5：显示BZ中高对称点G、F、Q、Z的数值。继续显示光谱图使Si_Optics.castep为当前文件。在分析对话框中 选择Optical properties，设置 好后按Calculate 。计算结束后按 View。Project中出现 新文件，光谱也 显示出来。用同样方法计算1000K时硅的能带和光谱
