GSAS软件操作简介

GSAS软件操作简介GENERALSTRUCTUREANALYSISSYSTEM目前常用的Rietveld结构精修软件有GSAS,Fullprof,Rietan,BGMN,DBWS,WinPLOTR等等，其实他们的核心算法都是一样的。DBWS是最早的精修软件，但由于其是DOS操作界面，目前用户越来越少。而GSAS由于操作方便、界面友好、更新迅速而得到广泛使用。有两个版本的软件，一个叫PC-GSAS，另外一个叫EXPGUI。PC-GSAS是LosAlamosNationalLaboratory的AllenC.Larson和RobertB.VonDreele编写的，联系方式[e-mail]，文章引用应标明：A.C.LarsonandR.B.VonDreele,GeneralStructureAnalysisSystem(GSAS),LosAlamosNationalLaboratoryReportLAUR86-748(1994).PC-GSAS是基于人机对话的方式，操作起来稍显复杂。在这儿我们主要介绍EXPGUI。EXPGUI是B.H.Toby在GSAS的基础上编写的图形用户界面（GraphicalUserInterface）程序，可以说EXPGUI囊括了我们所经常用到的大部分GSAS的功能，但不是全部。文章引用应标明：B.H.Toby,EXPGUI,agraphicaluserinterfaceforGSAS,J.Appl.Cryst.(2001).34,210-213.联系方式:[e-mail]本文主要包括以下几个部分：1．软件下载与安装2．数据导入与模型建立3．结构精修过程过程（背景函数，晶格参数，峰形参数，原子位置，温度因子，择优取向）4．数据导出与处理1．软件下载与安装主页下载地址：://://ftp.ccp14.dl.ac.uk/ccp14/ftp-mirror/gsas/public/gsas/作者编写了非常详细的使用说明文件：GSASManual.pdf，可以从网上下载：://可以运行在多种平台：Windows，Mac，UNIX，Linux，SGI。在Windows操作系统下面只要运行gsas+expgui.exe，按照提示就可以顺利完成安装。2.数据导入与模型建立2.1格式转换GSAS可以处理中子衍射（飞行时间数据和固定波长数据）和X射线衍射。关于中子衍射可以参考GSASManual的实例，也可以随时随地按F1获得在线帮助。我们主要演示X射线粉末衍射数据的Rietveld拟合。由于不同的衍射仪公司都有自己的数据格式，因此我们必要把不同公司的数据格式转换为GSAS的数据格式。Powder4程序可以完成数据转化。用Powder4打开衍射数据，然后保存为GsasCWESD格式。2.2结构模型下面以高温超导体YBa2Cu3O7-x为例讲述GSAS精修过程。YBCO的晶体结构如下所示，我们一步一步的建立这个结构模型。运行EXPGUI.exe,选择文件存储路径和文件名，会跳出一个对话框，点Create,创建一个新的文件。出现如下所示的EXPGUI的主界面。单击Phase按钮，建立结构模型，有几种不同的方法。2.2.1手动输入点击AddPhase按钮，出现addnewphase窗口，输入Phasetitle，空间群Pmmm，晶格常数a,b,c,α,β,γ。点Add按钮，没有错误的话添加完成，如果空间群输入有误则会提示。接下来点addatoms按钮，出现addnewatom对话框。输入每个原子的元素符号，名称，原子位置，占有几率，温度因子，最后点addatoms按钮完成输入。2.2.2用CIF文件建立结构模型CrystallographicInformationFile(CIF)文件包含了晶体结构的所有信息。因此如果有CIF文件的话可以从CIF文件直接导入建立结构模型。CIF文件可以从ICSD数据库（）下载。点击AddPhase按钮，出现addnewphase窗口，点击Importphasefrom:出现下拉菜单，选择CIF文件，然后找到CIF文件存放的地址，打开CIF文件就可以完成晶格结构和原子信息的输入。如果以前做过GSAS精修，那么也可以选择GSAS.EXPfile,从以前的结果中导入晶体模型。另外也可以使用其他几个格式文件输入晶体模型。2.3衍射数据和仪器参数点击Histogram按钮，再点AddnewHistogram按钮出现addnewhistogram对话框，在Datafile中选择衍射数据文件YBCO.gsa,在InstrumentParameterfile中选择仪器参数文件X:\GSAS\example\inst_xry.prm，此文件对应于Cu靶的X射线波长。点Add完成输入。3．结构精修过程完成以上步骤后就可以开始结构精修了。点击Genles就可以进行拟合，出现拟合结果窗口。一开始默认拟合的有4个变量，一个是标度因子（Scalefactor）,另外三个背景函数。可以在Histogram中修改背景函数（background）的类型和阶数。一般选用6阶多项式就足够。如果背景非常复杂，无法用函数拟合，还可以用Fitbackgroundgraphically来手动设定背景。初始情况下得到的Rwp和Rp因子分别为45.83%和32.73%。接下来我们可以增加所需要拟合的变量。首先可以把Phase选项中Refinecell打钩，这样就开始拟合晶格常数。接下来可以把Profile选项中拟合峰形函数。GSAS提供5种峰形函数，默认是type2:pseudo-Voigt函数，它比较适合非对称X射线衍射峰形。主要参数有GU，GV，GW，trns（透射系数），asym（非对称系数），shft（样品偏移）等等。其他几种峰形函数可以参考说明书CWprofilefunctions部分。这几个参数拟合下来Rwp就可以降到15%左右。可以点工具栏liveplot查看拟合的结果可以看到这时候的拟合结果还是比较粗糙的，实验值和计算值差别还是比较大。点击LSControls选项，可以修改循环迭代的次数NumberofCycles.如果发现拟合的结果比较跳跃，可以把MarquardtDamping值改大一点，这样会减缓收敛的速度，但不会出错。接下来可以拟合原子位置。在Phase选项中选中需要拟合的原子，在RefinementFlags中X表示原子位置，U表示温度因子，F表示占有几率，打钩表示参与拟合。这些变量参与拟合后Rwp就可以下降到7%左右，已经得到比较好的拟合结果。有些样品中存在择优取向的问题，可以在MDPrefOrient中加入择优取向的面参与精修。另外有些样品存在限制条件的问题，比如掺杂替代的样品，可以限制掺杂位置不变，这可以在Constraint选项中实现。4.数据导出与处理4.1精修数据的导出Liveplot画出的图形可以导出成EPS文件，但是这样的图形还是不大适合发表在文章中。我们需要获得原始的计算数据，然后在第三方软件（比如Origin）作图再发表。点击菜单栏Results，在下拉菜单中选择hstdmp，弹出对话框后按回车可以查看每个选项的含义，然后输入L，表示copytheentireprofiletothe.LSTfile,再输入1，表示输出第一个相，如果有多个相的话可以继续输入，最后输入0结束这样我们就可以在工作目录下面找到YBCO.LST文件，用写字板打开，所有的信息都包括在里面。包括晶格常数，峰形函数，背景函数，温度因子及其他们的误差。需要注意的所有拟合的数据都在里面，所以我们要选取最后的数据。4.2衍射晶面的导出点击菜单栏Results，在下拉菜单中选择reflist，分别按提示输入1，R，1，YBCO，0，具体意义见下图，然后就可以在YBCO.RFL文件中找到晶面指数和位置。4.3键长和键角计算点击菜单栏Results，在下拉菜单中选择disagl，就可以计算出所有的键长和键角，可以提取你有用的信息。4.4CIF文件输出点击菜单栏Import/Export，在下拉菜单中选择CIFexport,再选择gsas2cif，然后按照提示就可以完成cif文件的制作。以上是对GSAS软件操作的一个简单介绍，希望对大家有所帮助。