castepCASTEP（CambridgeSequentialTotal Energy Package 的缩写）是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序，典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研究， CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。 原理电荷密度泛函理论在局域电荷密度近似或是梯度修正的版本，这是由Perdew和Wang所发展的GGA。DFT所描述的电子气体交互作用被认为是对大部分的状况都是精确的，并且他是唯一能实际有效分析周期性系统的理论方法。 梯度修正的方法在研究表面的过程，小分子的性质，氢键晶体以及内部空间的晶体是比较准确的。众所皆知，LDA会低估分子的键长或者键能，以及晶体的晶格参数，而GGA会补救这些缺点。而GGA在里斯晶体会过度修正LDA结果。当LDA与实验符合非常好的时候，GGA会高估晶格长度。 CASTEP(CambridgeSequentialTotal Energy Package)是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。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）和广义密度近似（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。 根据系统中原子的类型和数目，预测晶格常数、几何结构驰豫、弹性常数、体模量、热焓、能带、态密度、电荷密度以及光学性质在内的各种性质。但不足在于准许数十个原子的系统进行计算。 功能1. 任务类型：计算总能量、力和张量，包含或不包含内部/外部束缚的几何结构放松，NVE/NVT/Langevin分子动力学，过渡态搜索，弹性系数，用线性响应理论计算声子频率。 CASTAP有三种任务，即单个点的能量计算，几何优化或分子动力学。可提供这些计算中的每一个以便产生特定的物理性能。性质为一种附加的任务，允许重新开始已完成的计算以便产生最初没有提出的额外性能。 2. 功能：智能选择关键参量（基组，FFT网格，K-点，收敛阈值......），选择局域和非局域交换-相关泛函，整个周期表的超软和常规赝势，显示能带结构、局域和部分态密度，计算含频介电函数和光学特性。 3. 任务控制与重新开始计算：选择并行化数据分配方案（k，G或k+G），选择CPU数量，指定服务器，监视几何优化的能量和梯度，升级结构，杀死远程服务器的任务，重新开始SCF，MD和几何优化。 4. 特性：紫外/可见光谱，Mulliken布居和电荷分析，键级分析，显示电荷、自旋以及形变密度，显示体特性的3D轮廓图和2D截面图，计算静态弹性常数，声子散射，总态密度和态的投影声子密度，热动力学特性（生成热，自由能，焓，熵，Debye温度），材料缺陷的特性，显示能带，用3D形式显示体系的电荷密度和波函，宏观缺陷的特性（如断裂，晶粒边界）。 5. 其它：多个k-点，实空间或者倒空间的赝势表示，完全使用对称性减少k-点集合，SCF选项：DIIS，密度混合，smearing。 6. 可以很容易地设置自旋态，用于模拟磁性体系。 7. CASTEP计算固体材料的IR光谱。 |
|
|
