目的：介绍使用CASTEP模块的有限位移法计算声子谱的方法。

所用模块：Materials Visualizer、CASTEP

前提条件：利用第一性原理预测AlAs的晶胞参数（Predicting the lattice parameters of AlAs from first principles）教程、预测锗的热力学性质（Predicting the thermodynamic properties of germanium）教程

背景

声子是固体物理中的一个重要概念，可以使用该概念对大量性质进行计算，例如比热、热膨胀、热传导、电子-声子相互作用、电阻系数和超导性等。密度泛函理论(DFT)可以对这些性质进行预测，CASTEP模块中即包含了这些功能。在晶格动力学计算中有两种主要的方法：密度泛函微扰理论(DFPT)和有限位移方法。第一种方法通常比较快速并且更加精确，但较难实现，并且存在一系列的限制。目前，在CASTEP模块中，DFPT方法仅能用于非自旋极化情况，只能使用模守恒赝势。因此，对于大部分各类材料，只能通过有限位移算法进行声子计算。

介绍

在本教程中，将学习如何使用CASTEP模块运行有限位移计算，从而获得磁性金属的声子散射和态密度。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 优化铁晶胞的结构

• 计算声子散射谱和态密度（DOS）

• 显示声子散射和态密度

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新项目。

打开New Project对话框，输入Fe_phonon作为项目名，单击OK按钮。

新项目将以Fe_phonon为项目名显示于Project Explorer中。

首先导入Fe结构，该结构包含在Materials Studio的结构库中。

在菜单栏中选择File | Import...，打开Import Document对话框。导航至Structures/metals/pure-metals文件夹，选择Fe.xsd文件。单击Open按钮。

2、优化铁晶胞的结构

现在，使用CASTEP优化Fe晶胞的几何构型。

在Modules工具条中单击CASTEP按钮后面的下拉箭头，然后从下拉列表中选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation。

打开CASTEP Calculation对话框。

在Setup选项卡中，把计算任务Task设置为几何优化Geometry Optimization，将精度Quality设置为Fine，将泛函Functional设置为LDA。将自旋极化Spin polarization设置为共线Collinear，取消选择使用默认自旋值作为初始值Use formal spin as initial复选框。设置初始自旋Initial spin值为2。

CASTEP Calculation对话框Setup选项卡

几何优化的默认值不包括对晶胞参数的优化。

单击More...按钮，打开CASTEP Geometry Optimization对话框。从晶胞优化Optimize cell的下拉列表中选择Full，关闭对话框。

在Electronic选项卡，从赝势Pseudopotentials下拉列表中选择OTFG超软赝势OTFG ultrasoft。

在Job Control选项卡，为计算任务设置网关位置Gateway location。

单击More...按钮，打开CASTEP Job Control Options对话框，取消选择实时升级Live updates部分的所有选项，关闭对话框。

单击Run按钮运行计算任务。

注意：如果在具有大量内存（例如总共超过10 GB）的集群上运行此计算，则应在Runtime optimization中选择Speed。

计算完成后，结果将呈现在名为Fe CASTEP GeomOpt的新文件夹中。

【系列教程】

Adsorption Locator模块——定位SO2分子在Ni(111)表面的吸附位置【1】

Amorphous Cell模块——演示如何将分子填充到现有结构中【1】

CASTEP模块——利用第一性原理预测AlAs的晶胞参数【1】

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