實(shí)驗(yàn)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)總結(jié)模板

　學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告冊(cè)學(xué)年學(xué)期：2019-2020 學(xué)年 o 春 o 秋學(xué)期課程名稱：課程設(shè)計(jì)（小型軟件系統(tǒng)）學(xué)生學(xué)院：理學(xué)院專業(yè)班級(jí)：11921701 學(xué)生學(xué)號(hào)：2017213260 學(xué)生姓名：聯(lián)系電話：指點(diǎn)教師：總評(píng)成績(jī)：**郵電大學(xué)教務(wù)處制課程設(shè)計(jì)（小型軟件系統(tǒng)）要求通過本課程設(shè)計(jì)，了解當(dāng)代計(jì)算材料學(xué)之材料設(shè)計(jì)和計(jì)算及摹擬的理論基礎(chǔ)、發(fā)展歷程。初步掌握 LINUX 系統(tǒng)的基本操作、腳本編寫。熟習(xí)經(jīng)常使用的材料計(jì)算軟件的使用，并能夠通過摹擬計(jì)算，取得常見的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)的幾何和電子性質(zhì)。

　具體要求：1.通過前期的課程學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，了解第 1 性原理計(jì)算的理論基礎(chǔ)；2.通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，初步掌握 LINUX 系統(tǒng)的基本操作；3.學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)（如 XRD、TEM 等），利用FINDIT 軟件取得已知材料體系的晶體結(jié)構(gòu)；4.學(xué)會(huì)利用 VESTA、MATERIALSSTUDIO、UEDIT 等軟件對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看、結(jié)構(gòu)調(diào)理，終究準(zhǔn)確取得初始計(jì)算模型；5.學(xué)會(huì)利用VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKAGE（簡(jiǎn)稱 VASP）軟件，取得晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定構(gòu)型、電荷密度散布、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、聲子譜、結(jié)合能等；6.學(xué)會(huì)利用 P4VASP、ORIGIN 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和作圖；7.能夠利用所學(xué)的《量子力學(xué)》、《固體物理》、《半導(dǎo)體物理學(xué)》知識(shí)，分析晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度散布、電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)。

　實(shí)驗(yàn)名稱系統(tǒng)建模與仿真實(shí)驗(yàn)課程編號(hào) A2110260 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)SL110 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 6.15⑹.191、課程設(shè)計(jì)目的：目的：通過本課程設(shè)計(jì)，了解當(dāng)代計(jì)算材料學(xué)之材料設(shè)計(jì)和計(jì)算及摹擬的理論基礎(chǔ)、發(fā)展歷程。初步掌握 LINUX 系統(tǒng)的基本操作、腳本編寫。熟習(xí)經(jīng)常使用的材料計(jì)算軟件的使用，并能夠通過摹擬計(jì)算，取得常見的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)

　的幾何和電子性質(zhì)。

　2、課程設(shè)計(jì)使用的儀器、軟件：儀器：計(jì)算機(jī)。

　軟件：FINDIT、VESTA、MATERIALSSTUDIO、UEDIT、VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKAGE、P4VASP、ORIGIN。

　3、課程設(shè)計(jì)要求：1.通過前期的課程學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，了解第1 性原理計(jì)算的理論基礎(chǔ)；2.通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，初步掌握LINUX 系統(tǒng)的基本操作；3.學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)（如 XRD、TEM 等），利用 FINDIT 軟件取得已知材料體系的晶體結(jié)構(gòu)；4.學(xué)會(huì)利用 VESTA、MATERIALSSTUDIO、UEDIT 等軟件對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看、結(jié)構(gòu)調(diào)理，終究準(zhǔn)確取得初始計(jì)算模型；5.學(xué)會(huì)利用VIENNAAB-INITIOSIMULATIONPACKAGE（簡(jiǎn)稱 VASP）軟件，取得晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定構(gòu)型、電荷密度散布、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、聲子譜、結(jié)合能等；6.學(xué)會(huì)利用 P4VASP、ORIGIN 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和作圖；7.能夠利用所學(xué)的《量子力學(xué)》、《固體物理》、《半導(dǎo)體物理學(xué)》知識(shí)，分析晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度散布、電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)。

　4、課程設(shè)計(jì)原理：研究體系的復(fù)雜性表現(xiàn)在多個(gè)方面，從低自由度體系轉(zhuǎn)變到多維自由度體系，從標(biāo)量體系擴(kuò)大到矢量、張量系統(tǒng)，從線性系統(tǒng)到非線性系統(tǒng)的研究都使解析方法失去了原本的威力。因此，借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算與摹擬恰恰成為唯 1 可能的途徑。復(fù)雜性是科學(xué)發(fā)展的必定結(jié)果，計(jì)算材料科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展也是必定趨勢(shì)，它對(duì) 1 些重要科學(xué)問題的美滿解決，充分辯明了計(jì)算材料科學(xué)的重要作用和現(xiàn)實(shí)意義。

　采取了基于密度泛函理論的第 1 性原理計(jì)算方法。使用目前經(jīng)常使用的商業(yè)軟件包，VIENNAABINITIOSIMULATIONPACKAGE(VASP)，進(jìn)行摹擬。離籽實(shí)與價(jià)電子層的相互作用采取投影綴加平面波贗勢(shì)

　(PROJECTORAUGMEN=TEDWAVE，PAW)來描寫。交換相干能采取廣義梯度近似(GGA)中的 PBE 泛函描寫。為了更好地描寫層間作用，在計(jì)算時(shí)，用 OPTPBE-VDW 方法進(jìn)行范德華爾斯修正。平面波基組截?cái)嗄茉O(shè)置為400eV。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算時(shí)的布里淵區(qū) K 點(diǎn)采樣網(wǎng)格分別為3×3×3 和 4×4×4。原子完全弛豫，直至各原子之間的力小于0.01eVÅ⑴，結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)束。

　5、課程設(shè)計(jì)思路、步驟：1、打開 FINDIT 軟件，查找 MoS2，選擇晶胞參數(shù)為 3.16，以下圖圖 1 查找 MoS2 數(shù)據(jù)導(dǎo)出 MoS2 數(shù)據(jù)，注意保存格式為.cif。

　2、將保存好的文件（icsd.cif）直接拖入 MATERIALSSTUDIO 軟件，便可以看到 MoS2 的單個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇Displaystyle 中的 CPK 選項(xiàng)，調(diào)劑原子為適合大小，點(diǎn)擊 viewacross查看模型的正面圖（圖 2），以后點(diǎn)擊 viewonto 查看模型的俯視圖（圖3），最后，保存文件到指定文件夾，文件命名為 MoS2-BULK.Cif。

　圖 2.MoS2 重視圖 3.MoS2 俯視圖 3、將保存好的文件（MoS2-BULK.cif）直接拖入 VESTA 軟件，轉(zhuǎn)動(dòng) 1 下便可以看到 MoS2的單個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)，再點(diǎn)擊左下角的 Properties-icsd.cif 進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置，第 1 選擇 General 里的 Singleunitcell 便可以看見 1 個(gè)更規(guī)整的晶胞結(jié)構(gòu)；第 2 點(diǎn)擊 Atoms，在里面可以選擇 Mo、S 兩個(gè)原子的色彩；第 3 點(diǎn)擊 edit 中的 Bonds，點(diǎn)擊 new 后把 A2 改成 S，將 Maxlength改成 3。調(diào)劑完后可得到下圖（圖 4），最后保存文件，命名為icsd.vasp。

　圖 44、將 icsd.vasp 文件用 Uedit32 打開，可以得到 MoS2 晶胞的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

　5、計(jì)算部份:采取了基于密度泛函理論的第 1 性原理計(jì)算方法。

　使用目前經(jīng)常使用的商業(yè)軟件包VIENNAABINITIOSIMULATIONPACKAGE(VASP),進(jìn)行摹擬。離籽實(shí)與價(jià)電子層的相互作用采取投影綴加平面波贗勢(shì)(PROJECTORAUGMEN=TEDWAVE,PAW)來描寫。交換相干能采取廣義梯度近似(GA)中的 PBE 泛函描寫。為了更好地描寫層間作用,在計(jì)算時(shí),用 TPBE-DW 方法進(jìn)行范德華爾斯修正。平面波基組截?cái)嗄茉O(shè)置為400eV。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算時(shí)的布果淵區(qū) K 點(diǎn)采樣網(wǎng)格分別為3×3×3 和 4×4×4。原子完全弛豫,直至各原子之間的力小于0.01eVA,結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)束。

　（1）打開 Xshell 軟件，建立會(huì)話并進(jìn)入自己的分組,拷貝 4 個(gè)文件 INCAR、KPOINTS、POSCAR、vdw_kernel.bindat。在 POSCAR 中拷入剛得到的 MoS2 晶胞的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，修改 INCAR 中的數(shù)據(jù)，通過 1系列操作，最后輸入運(yùn)行代碼 nohupmpirun-np8vasp_std>&1.out&進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后可以得到 CONTCAR 并導(dǎo)出。

　（2）接下來進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。創(chuàng)建新的文件夾 static,進(jìn)入該文件夾后導(dǎo)入結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的 CONTCAR、POSCAR，注意還要考入沒有結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前的 INCAR、KPOINTS 并修改 KPOINTS 為 4×4×4。一樣輸入運(yùn)行代碼 nohupmpirun-np8vasp_std>&1.out&進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。得到CHGCAR、vasprun.xml 并導(dǎo)出。

　6、將 CHGCAR 拖入 VESTA 中進(jìn)行參數(shù)更改。第 1 選擇 General里的 Singleunitcell 便可以看見 1 個(gè)更規(guī)整的晶胞結(jié)構(gòu)；第 2 點(diǎn)擊Atoms，在里面可以選擇 Mo、S 兩個(gè)原子的色彩；第 3 選擇 Isosurfaces里的 New，將 Isosurfacelevel 改成 0.05 便可得到下圖 5 圖 5MoS2晶胞 7、通過 1 個(gè)腳本文件 vaspkit 的計(jì)算，可以得到 TDOS.dat 并導(dǎo)出，再由腳本文件的另外 1 個(gè)計(jì)算可導(dǎo)出 PDOS_Mo.dat、PDOS_S.dat,

　接著新建 1 個(gè) excel 文檔導(dǎo)入 TDOS.dat、PDOS_Mo.dat、PDOS_S.dat中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,將處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Origin 中再處理，便可得到下圖 6 圖 68、再創(chuàng)建文件夾 bands,將 CHGCAR、POSCAR、POTCAR、vdw_kernel.bindat 拷貝進(jìn)該文件夾，再將前面的 INCAR、KPOINTS拷入。在 Matstudi 軟件中點(diǎn)擊 Tools—>Brillouinzonepath 可得到下圖 7 圖 7 最后在 bands 中用腳本文件計(jì)算，可以得到REFORMATTED_BAND.Dat 并導(dǎo)出。相同的方法在 Excel 中處理數(shù)據(jù)再導(dǎo)入 Origin 中再處理，可以得到 MoS2 的能帶結(jié)構(gòu)圖 8 圖 8MoS2 的能帶結(jié)構(gòu)圖 6、課程設(shè)計(jì)結(jié)果：根據(jù)以上能帶結(jié)構(gòu)圖，我們可以清晰的看出這是 1 個(gè)間隙半導(dǎo)體，電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶除需要能量之外還需要位移。

　7、課程設(shè)計(jì)總結(jié)：這 1 課程的學(xué)習(xí)，我初步掌握了 Linux 系統(tǒng)的簡(jiǎn)單操作和簡(jiǎn)單的材料計(jì)算步驟。通過這些學(xué)習(xí)接觸到了材料計(jì)算這 1 專業(yè)領(lǐng)域，開辟了我的視野，認(rèn)識(shí)到了更多的工作軟件。

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