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单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第四级第五级MaterialsStudio分子模拟软件MaterialsStudio分子模拟软件Version2011Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.虚拟“实验”（分子模拟技术）CR决定依据REA单击此处编辑母版标题样式ATV单击此处编辑母版副标题样式VIT单击此处编辑母版副标题样式虚拟设计TY虚拟设计表征材料结构，以及与结构相关的性质——解释设计材料结构，以及与结构相关的性质——预测MaterialsStudio是整合的计算模拟平台•可兼顾科研和教学需求可在大规模机群上进行并行计算MaterialsStudio是整合的计算模拟平台•全面的应用领域固体物理与表面化学•可在大规模机群上进行并行计算•客户端-服务器计算方式–WindowsLinux-固体物理与表面化学-催化、分离与化学反应-半导体功能材料-金属与合金材料单击此处编辑母版标题样式Windows,Linux–昀大限度的使用已有IT资源•包含多种计算方法-金属与合金材料-特种陶瓷材料-高分子与软材料-纳米材料单击此处编辑母版副标题样式–DFT及半经验量子力学–线形标度量子力学–分子力学纳米材料-材料表征与仪器分析-晶体与结晶-构效关系研究与配方设计单击此处编辑母版副标题样式分子力学–QM/MM方法–介观模拟统计方法构效关系研究与配方设计-……–统计方法–分析仪器模拟–……MMaterialsaterialsSStudio™tudio™MenuToolbar单击此处编辑母版标题样式Property单击此处编辑母版副标题样式ViewProject单击此处编辑母版副标题样式JobstatusJobsusMMaterialsaterialsSStudio™tudio™•MaterialsVisualizer•Castep•Dmol3•Onetep•Qmera•VAMP单击此处编辑母版标题样式•Forciteplus•Gulp•COMPASSAhCll单击此处编辑母版副标题样式•AmorphousCell•Equilibria•SorptionAdtiLt单击此处编辑母版副标题样式•AdsorptionLocator•DPD•MesoDyn•Mesocite•Mesocite•QSAR•Reflexplus•XcellXcell•PolymorphPredictor•Morphology……模块介绍单击此处编辑母版标题样式模块介绍单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式CASTEP是领先的固态DFT程序•使用平面波赝势•由Cambridge大学MikePayne教授发布CASTEP是领先的固态DFT程序•每年发表的数百篇论文其研究领域包括：晶体材料结构优化性质究半导体陶瓷金属分子筛等单击此处编辑母版标题样式•晶体材料结构优化及性质研究（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）•表面和表面重构的性质、表面化学•电子结构（能带、态密度、声子谱、电荷密度、差分电荷密度及轨道波函分析等）单击此处编辑母版副标题样式•晶体光学性质•点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶体晶界、位错）•磁性材料研究单击此处编辑母版副标题样式•材料力学性质研究•材料逸出功及电离能计算•STM图像模拟STM图像模拟•红外/拉曼光谱模拟；声子谱和声子态密度；EELS谱图；•反应过渡态计算•动力学方法研究扩散路径•动力学方法研究扩散路径MS5.5—CASTEP的新功能的新功能1.用于提高计算效率的Express参数设置；用于提高计算效率的p参数设；2.用于修正范德瓦耳斯力的DFT+D技术；3LDAU用于结构优化单击此处编辑母版标题样式3.LDA+U用于结构优化；4.Norm-conserving赝势的正式更新；单击此处编辑母版副标题样式5.Raman光谱分析中引入对入射光源波数的设定；6EELS分析中引入spinorbitalcoupling修正单击此处编辑母版副标题样式6.EELS分析中引入spin-orbitalcoupling修正；7.CPU数目的动态调整功能。密度泛函理论(DensityFunctionalTheory)HohenbergKohn定理()[]()[]rnErrENrrr=Ψ,...1Hohenberg-Kohn定理()[]()[]N,1()[]()[]()[]()[]rnErnUrnTrnExcrrrr++=0单击此处编辑母版标题样式[])()()]([,,,2rrrnvkikikieffrrrrrrϕεϕ=+∇Kohn-Sham方程单击此处编辑母版副标题样式WalterKohn()()()rrfrniiirrrϕϕ×=∑∗前提条件单击此处编辑母版副标题样式i()rdrnN3∫Ω=r局限性•只能计算体系的基态性能局限性•需要对交换相关能Exc做近似处理单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级掺杂ZnS和ZnO电子结构差异的第一原理研究第四级第五级AISTJJMATERSCIMATEREL14149(2003)AIST,Japan,JMATERSCI-MATEREL14,149(2003)研究背景ZnO和ZnS是两种广受关注的，具有大的禁带宽度和直接带隙的半导体材料，通常应用在蓝光以及紫外光学设备中。ZnO和ZnS具有这样两个显著的特点：1性能具有很强的设计性Æ可以掺入多种杂质调节其能带结构单击此处编辑母版标题样式2便于制备加工Æ可以通过多种方法方便地制成薄膜单击此处编辑母版副标题样式ZnO和ZnS之间也存在差异。除了结构上的差异外，在进行施主掺杂时，两者电导率的变化有着明显的不同。ZnO的电导率有着明显的提高，但是ZnS则不然，那么，原因是什么呢？单击此处编辑母版副标题样式提高，但是ZnS则不然，那么，原因是什么呢？AIST的研究人员针对这个问题采用Ct对ZO和ZS的电子AIST的研究人员针对这个问题，采用Castep对ZnO和ZnS的电子结构进行了研究。研究思路要解决这个问题，我们需要这样一些数据：1相同的施主杂质，相同浓度下，ZnO和ZnS的能带结构和态密度；2由于分析的对象是ZnO和ZnS，所以还需要纯的ZnO和ZnS的能带结构和态密度；单击此处编辑母版标题样式3由于ZnO和ZnS存在结构差异，为了和组成差异(O和S)区分，还需要做一些假设性的研究，譬如计算ZnO和ZnS具有相同结构时的能带结构和态密度以及ZO或ZS在不同结构时的能带结构和态密度单击此处编辑母版副标题样式和态密度，以及ZnO或ZnS在不同结构时的能带结构和态密度；4为了把研究做的全面一些，还可以加上对不同浓度，不同杂质的情况的计算单击此处编辑母版副标题样式情况的计算。有了以上4个方面的数据，就可以从组成和结构，杂质的种类和浓度多个方面分析ZnO和ZnS的性能差异不过除了能带结构和态密度(包括偏多个方面分析ZnO和ZnS的性能差异。不过除了能带结构和态密度(包括偏态密度)，在计算的过程中，还应该附带上Population,orbital以及electrondensity，这些数据的获取几乎不花费多余的时间，但分析的时候可以与能带结构和态密度相互印证，做一些说明。模型构建ZnO和ZnS的结构在Castep的Structures文件夹中可以直接获取。在菜单中点击File，选择Import，然后在跳出的选框中双击Structures文件夹，在metal-oxides里导入ZnO，在semiconductors里导入ZnS单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式ZnOZnS模型构建超胞的构建在菜单中选择Build/Symmetry/Supercell在弹出的对话框中设置超胞的大小单击此处编辑母版标题样式胞的大小超胞的对称性为P1，选择想要替换的原子后，在菜单击此处编辑母版副标题样式想要替换的原子后，在菜单中选择Modify/Modifyelement,然后选择用来替换的元素Ga完成掺杂模型单击此处编辑母版副标题样式的元素Ga，完成掺杂模型的构建。参数设置Task:EnergyXCFunction:GGAPBEXCFunction:GGA-PBEEnergycutoff:340eVKhfi单击此处编辑母版标题样式Kmesh:fineUltrasoftPseudopotential(PBE)单击此处编辑母版副标题样式SCFTolerance:1.0×10-6在引入IIIA元素Ga后，体系电荷仍设置为0单击此处编辑母版副标题样式偏态密度图分析计算设置过程中，在Properties栏选择Densityofstate，以及CalculatePDOS.单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式h-ZnO和c-ZnS总的态密度图和能带结构单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式h-ZnO和c-ZnS的偏态密度图分析单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式O2p轨道上的电子主要束缚在O的周围；在ZnO的导带底部，O的轨道成分O2p轨道上的电子主要束缚在O的周围；在ZnO的导带底部，O的轨道成分很少，主要由Zn的s，p轨道构成。h-ZnO和c-ZnS的Mulliken电荷和键级单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式Ga掺杂ZnS的能带结构和态密度图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式轨道245#是一个新增的轨道，主要成分为Ga的4s。体现出很强的定域性。轨道244#发生了一些变化，原来以S的2s和2p为主，现在以Ga的4s和邻近的S原子和Zn原子轨道为主。Ga掺杂ZnO的能带结构和态密度图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版副标题样式相比于未掺杂的情况，费米面附近没有新增的轨道。掺杂以后，费米面附近的轨道虽然同样主要由Ga的4s构成，但是此时，Ga的4s并不体现出较强的定域性。结论•Ga在ZnS中与邻近的S相互作用，生成了一个具有较强定域性的杂质能级(electrontrap)，而在ZnO中则没有类似的能级生成，这种现象决定了Ga掺杂ZnS与ZnO的导电性能单击此处编辑母版标题样式差异，而这一现象产生的根本原因则是由S和O引起的电子结构差异与S和O的结构差异无关单击此处编辑母版副标题样式子结构差异，与ZnS和ZnO的结构差异无关。单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级层状MnO2光电导性的第一原理研究第四级第五级LawrenceBerkeleyNationalLaboratory,USA,PRL100,146601(2008)weceeeeyNobooy,US,00,660(008)研究背景及思路纳米层状的锰氧化物由于在储能，电镀以及催化领域的潜在应用价值而成为进来广受关注的一类新材料。昀近，Sakai等人发现，含有3mol%空位的MnO2薄膜(厚度1nm，H0.13[Mn0.97□0.03]O2)在可见光(l500nm)的照射下可以产生电流。这预单击此处编辑母版标题样式示着纳米层状的锰氧化物除了上述潜在应用外，在光电领域也将有重要的应用。单击此处编辑母版副标题样式但是，为什么H0.13[Mn0.97□0.03]O2能够在可见光下产生电流？它是否与其中的Ruetschi缺陷有关？如果有关，又是什么关系呢？单击此处编辑母版副标题样式研究人员利用Castep研究了Ruetschi缺陷对MnO2电子结构的影响。研究思路很简单，就是分别计算有/无Ruetschi缺陷时MnO2的电子研究思路很简单就是