CASTEP 计算原理---------XBAPRS 1CASTEP 计算理论总结 XBAPRS CASTEP 特点是适合于计算周期性结构，对于非周期性结构一般要将特定的部分作为周期性结构，建立单位晶胞后方可进行计算。CASTEP 计算步骤可以概括为三步：首先建立周期性的目标物质的晶体；其次对建立的结构进行优化，这包括体系电子能量的最小化和几何结构稳定化。最后是计算要求的性质，如电子密度分布(Electron density distribution)，能带结构(Band structure)、状态密度分布(Density of states)、声子能谱(Phonon spectrum)、声子状态密度分布(DOS of phonon)，轨道群分布(Orbital populations)以及光学性质(Optical properties)等。本文主要将就各个步骤中的计算原理进行阐述，并结合作者对计算实践经验，在文章最后给出了几个计算事例，以备参考。 CASTEP 计算总体上是基于DFT，但实现运算具体理论有： 离子实与价电子之间相互作用采用赝势来表示； 超晶胞的周期性边界条件； 平面波基组描述体系电子波函数； 广泛采用快速fast Fourier transform (FFT) 对体系哈密顿量进行数值化计算； 体系电子自恰能量最小化采用迭带计算的方式 ； 采用最普 遍 使 用的交 换 -相关 泛函实现DFT 的计算，泛函含 概了精 确 形 式 和屏 蔽 形 式 。 一， CASTEP 中周期性结构计算优点 与 MS 中其他 计算包不 同 ，非周期性结构在 CASTEP 中不 能进行计算。将晶面或 非周期性结构置 于一个有限 长 度空 间方盒 中，按 照 周期性结构来处 理，周期性空 间方盒 形 状没 有限 制 。之所 以采用周期性结构原因 在于：依 据 Bloch 定理，周期性结构中每 个电子波函数可以表示为一个波函数与晶体周期部分乘 积 的形式 。他 们 可以用以晶体倒 易 点阵 矢 量为波矢 一系列 分离平面波函数来展 开 。这样 每 个电子波函数就是平面波和，但最主要的是可以极 大 简 化Kohn-Sham 方程 。这样 动 能是对角 化的，与各种 势函数可以表示为相应 Fourier 形 式 。 ```2[()()()]``,,k GVGGVGGVGGCCionHxci i k GGGi k Gδε∑++−+−+−=++ 采用周期性结构的另 一个优点是可以方便 计算出原子位移 引 起 的整 体能量的变 化，在 CASTEP 中引 入 外 力或 压 强 进行计算是很 方便 的，可以有效 实施 几何结构优化和分子动 力 学的模 拟 。平面波基组可以直 接 达...
