计算机材料设计Materials-Studio教程(基础版)——初识Materials-Studio

写在前面:

最近由于各种原因,需要系统学习一下Materials-Studio这个软件,我在学习此软件的过程中,也总结搜集了一些资料,在这这里想给大家分享一下,在总结分享的时候也算是对自己的一个鞭策。希望我的分享能够帮助大家更了解Materials-Studio,在后续使用中能够更快的上手,如果文中有任何不当或者错误内容,欢迎大家指出~


一、什么是Materials-Studio

Materials Studio是美国Accelrys公司生产的新一代材料计算软件。

在近20年的发展历程中,Materials Studio获得了来自全球多个科研机构的技术支持,历经23个版本的更新和升级,现已融合多种时、空间尺度的模拟方法,形成了一个包含16个工具包、22个功能模块,可实现从微观电子结构到宏观性能预测的跨尺度科学研究平台,是目前分子模拟领域中相对精确、稳定、高效的产品,在化工、环境、能源、制药、电子、食品、航空航天和汽车等工业领域和教育科研部门有着非常广泛的应用。

二、软件特点

1、多平台支持

1.1量子力学方法 1.1.1 CASTEP CASTEP由Cambridge大学Mike Payne教授发布,采用密度泛函理论、平面波赝势法(用平面波描述外层价电子,内层电子用赝势代替),进行第一性原理量子力学计算的程序。其中总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分,各部分能量都可以表示成密度的函数。电子与电子相互作用的交换和相关效应采用局域密度近似(LDA)或广义密度近似(GGA),静电势只考虑作用在系统价电子的有效势(即赝势:Ultrasoft 或norm-conserving),电子波函数用平面波基组扩展(基组数由Ecut-off确定),电子状态方程采用数值求解(积分点数由FFT mesh确定),电子气的密度由分子轨道波函数构造,分子轨道波函数采用原子轨道的线性组合(LCAO)构成。计算总能量采用SCF迭代。CASTEP在计算分子、固体、表面、界面、掺杂、错位等方面非常有优势。 主要功能及特性:  支持 PBE、PBE0、HSE03、HSE06以及SCAN meta-GGA 等交换关联泛函;  能量计算:形成能、吸附能、缺陷形成能、内聚能、表面能等;  结构优化:力与应力的计算、几何驰豫(原子坐标、晶胞参数、键长、键角、)等;  过渡态:过渡态搜索等;  电子结构:能带、态密度(局域、分波)、声子谱、电荷密度、差分电荷密度、电子局域函数、电子轨道、扫描隧道显微镜STM模拟、共价键级、静电势(支持可视化)、静电荷(Mulliken、Hirshfeld)、功函数、自旋极化(共线、非共线)、支持旋轨耦合、费米面、支持利用On-the-fly 生成模守恒(normconserving)赝势,特别适用于计算磁性材料和包含f电子的元素;  介电性质:波恩有效电荷、静态介电常数张量、极化率张量;  力学性质:弹性力常数张量,体模量,剪切模量,杨氏模量,泊松比;热力学性质:声子态密度、色散谱、熵、焓、自由能、零点能、德拜温度、等容热容随温度的变化曲线;  光学性质:红外光谱、拉曼光谱5.0、核磁共振谱(NMR CASTEP,可用DFT+U)、电子能量损失谱4.4(旋轨耦合效应5.5)、X射线吸收谱4.4(旋轨耦合效应5.5)、光频介电常数虚(实)部、吸收系数、折射率、能量损失函数、光导率虚(实)部;  动力学计算:支持NVE、NVT、NPT以及NPH等系综,以及多种控温控压函数;
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