紧接上文：

Materials Studio官方教程：CASTEP——计算铁磁性铁的声子谱【1】

3、计算声子散射谱和态密度（DOS）

为了计算声子色散和声子态密度，在从CASTEP Calculation对话框的Properties选项卡选定适当的性质后，必须执行一个单点能量计算。

确定Fe CASTEP GeomOpt文件夹中的Fe.xsd文件为当前文档。

在CASTEP Calculation对话框的Setup标签中，将Task设置为Energy。

在Properties选项卡中勾选声子Phonons复选框，通过选择Both单选按钮，同时计算态密度和散射谱。取消选中计算LO-TO劈裂Calculate LO-TO splitting复选框，从Method下拉列表中选择有限位移法Finite displacement。

有限位移方法可用于金属和自旋极化体系（并利用高效的超软赝势运行计算）。这是计算铁磁性铁的声子性质的理想方法。

单击More...按钮，打开CASTEP Phonon Properties Setup对话框。确保Method为有限位移法Finite displacement。从Use下拉列表中选择一个大型超晶胞One large supercell。设置利用截断半径定义超晶胞Supercell defined by cutoff radius值为3.5 Å。将散射Dispersion和态密度Density of states的计算精度Quality设置为Fine，关闭对话框。

注意：截断半径的选择是有限位移法计算中至关重要的参数。当使用较大的截断半径值时精度较高，这是因为考虑了更长程的相互作用。然而，随着该值的增加，计算时间将迅速增加。出于实际原因，在本教程中，该参数选择了较小的值。在进行计算研究中，应对声子频率的收敛性于截断半径之间函数进行测试。

选择Job Control选项卡，并为计算选择网关Gateway。

单击More...按钮，打开CASTEP Job Control Options对话框，选中所有Live updates选项，关闭对话框。

单击Run按钮，关闭CASTEP Calculation对话框。

计算任务提交并开始运行。在Fe CASTEP GeomOpt文件夹中创建了一个名为Fe CASTEP Energy的新文件夹。当能量计算完成后，此文件夹中产生新结果文件Fe_PhononDisp.castep和Fe_PhononDOS.castep。

如果不想自行运算计算任务，则可以按如下方式访问已经计算过的这些文件。

使用Windows文件资源管理器从Materials Studio的安装目录导航至share\Examples\Projects\CASTEP目录。双击文件Fe_phonons.stp。

提示：对于非管理员的Windows用户，应将Fe_phonons.stp项目和相关的Fe_phonons_Files文件夹复制到具有写入权限的位置。然后打开Fe_phonons.stp项目的新副本。

4、显示声子散射和态密度

声子散射曲线显示出声子能量沿着布里渊区高对称性方向对q向量的依赖性。此信息可以从单晶的中子散射实验中获得。只有为数不多的材料可以获得该信息，所以理论散射曲线有助于确定建模方法的有效性，以证明从头算方法的预测能力。在一定情形下，可测量态密度而不是声子散射。此外，在隧穿实验中可以直接测量与声子DOS直接相关的电子-声子相互作用函数。因此，能够从第一性原理计算声子DOS是很重要的。

Materials Studio可以从任何.phonon CASTEP输出文件中产生声子散射图和态密度图。该文件由每个CASTEP计算任务生成，其中包括声子散射或声子DOS的计算。.phonon文件是隐藏文件，因此无法在Project Explorer中查看。

提示：在计算声子DOS时，仅使用Monkhorst-Pack网格上声子计算的结果。

现在，使用之前的计算结果创建声子散射图。

确保Fe CASTEP GeomOp/Fe CASTEP Energy/Fe.xsd为当前文件。

从菜单栏中选择Modules | CASTEP | Analysis，打开CASTEP Analysis对话框。从性质列表中选择Phonon dispersion。确定结果文件Results file选择框中显示的是Fe_PhononDisp.castep。

从单位Units下拉列表中选择cm-1，并从图像类型Graph style下拉列表中选择Line。

单击View按钮。

在结果文件夹中创建了一个新的图形文档Fe Phonon Dispersion.xcd。它应与下图相似：

声子散射的实验图(Minkiewicz et al., 1967)如下所示：

总体来说，计算的精度是可以接受的。通过使用更大的截断半径值进行计算，可以获得与实验结果更好的一致性。

现在创建声子态密度图。

使Fe.xsd为当前文档，从CASTEP Analysis对话框的性质列表中选择声子态密度Phonon density of states。确定Results file 选择框中显示的文件为Fe_PhononDOS.castep。

将DOS display设置为Full。单击More...按钮，打开CASTEP Phonon DOS Analysis Options对话框。从插值方法Integration method下拉列表中选择插值Interpolation，将精度等级Accuracy level设置为Fine。单击OK按钮。

在CASTEP Analysis对话框中单击View 按钮。

创建了一个新的图表文件Fe Phonon DOS.xcd，它应当与下图相似：

在CASTEP中的声子计算可以用来评价准谐近似下晶体的焓、熵、自由能、晶格的热容对于温度的依赖性。可以用这些结果和实验数据（如热容的测量值）相比较，或用于预测结构经过不同修正后的相稳定性或相变。

详情可见预测锗的热力学性质（Predicting the thermodynamic properties of germanium）教程。

本教程到此结束。

参考文献

Minkiewicz, V. J.; Shirane, G.; Nathans, R. "Phonon Dispersion Relation for Iron ", Phys. Rev., 162, 528-531 (1967).

【系列教程】

Materials Studio官方教程：CASTEP——预测锗的热力学性质【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP——利用第一性原理预测AlAs的晶胞参数【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP——CO分子在Pd(110)表面的吸附【1】

Materials Studio是久负盛名计算模拟软件，问世20余年来，经过不断地迭代优化，使其功能异常强大，极易上手，初学者只需通过简单的参数设置和点击鼠标就能完成DFT计算。其计算可靠性久经考验，备受Nature、Science等顶级期刊认可。

华算科技和Materials Studio官方代理深圳浦华系统联合推出Materials Studio建模、计算、分析课程。课程专为零基础学员设计，沿着理论讲解、模型搭建、性质计算、结果分析层层递进讲解，带你快速入门DFT计算。课程极度注重实操，全程线上直播，提供无限回放，课程群在线答疑。（详情点击下方图片跳转）

识别下方二维码报名，或者联系手机13005427160。