文档介绍：固体及其表面电子结构计算方法—CRYSTAL98程序使用简介
章永凡
(2003年6月)
1. Crystal98程序简介:
Crystal程序是由意大利都灵大学理论化学研究所开发的,适
用于处理周期结构体系电子结构的从头算软件,它提供了通常
的HF方法以及各种 DFT方法来处理一维、二维以及三维体系。
目前用于处理固体及其表面电子结构的从头算软件,根据其
原理主要分为两大类型:一种是基于原子轨道基组;另一种是
基于平面波基组。Crystal程序是属于前者,对于后者主要为物
理学家所常用。
Crystal98程序主要功能:
能带结构
态密度(Density of States)
电荷分布
Mulliken布居分析
X-射线结构因子
静电势及其梯度等
2. Crystal98的安装和使用:
Crystal程序安装较为简单,只需采用Fortran编译器将源程序
编译成功后即可使用,其运行平台可为Windows以及Linux等。
Crystal程序的执行模块主要有三部分(以Windows平台为例):
:用于求解单电子以及双电子积分
:自洽场迭代模块
:求解体系性质,包括能带结构、DOS等
当计算机硬盘空间有限或要提高前台任务的CPU使用效率时,
,此时不需将单电子和双
电子存在磁盘上,从而减少了磁盘的存储空间和读写次数。
使用方法(命令行方式):
integrals<输入文件1>输出文件1
scf>>输出文件1
properties<输入文件2>输入文件2
说明:
(1) 若执行模块不在当前目录下时,需指明路径:
c:\zyf\crystals>c:\quantum\bin\integrals<>
当前的工作目录
Crystal执行模块所在目录
(2) 命令行中的“<”和“>”分别为重定向输入和输出符号,
“>>”为追加输出符号;
(3) 一个完整的Crystal计算计算过程需用到2个输入文件,其
中执行SCF模块时,无需提供输入文件;
(4) 前两个模块也可用scfdir代替,此时输入的命令行为:
scfdir<输入文件1>输出文件2
(5) 在执行过程中,将产生多个以fort打头的中间文件,当计算
正常结束后,,前者存储着晶体
轨道等信息,后者主要用于绘制能带图和DOS图等。其它中
间文件,(对于中等体系,根
据所采用的基组,该两个文件大小可达数个G大小)。
Crystal程序的主要不足之处在于:
(1) SCF计算效率较低,当体系包含有过渡金属原子时,SCF迭代
过程经常不收敛;
(2) 内存和CPU利用率较低,而硬盘的读写速度对Crystal程序执行
快慢的影响较为显著;
(3) 当使用较为弥散的基组时,硬盘开销较大,对于中等体系,
一般需要数个G的空间;
(4) 由于SCF收敛的困难,得到的总能量随所选取的参数波动较大,
因此不便于考查能量的微小变化。
3. SCF输入文件的组成:
Crystal程序需提供两个输入文件分别用于SCF计算和性质计算,
下面先对SCF输入文件的常用内容进行介绍,需要强调的是:
所输入的关键词必须是大写字母,不能用小写字母表示;
对于数字输入为自由格式,即数值之间可用空格或逗号分隔;
为了便于识别,通常SCF输入文件的扩展名为d12或p12,分
别对应于HF方法和DFT方法;
SCF输入文件主要由下部分组成:
构型描述部分
基组定义部分
可选参数部分(包括DFT的描述)
SCF参数设置部分
各部分之间,用END关键词分隔开,例如:
Title
构型描述部分
基组定义部分
可选参数部分
SCF参数设置部分
(1) 构型描述部分:
根据体系的维数,有所不同:
三维体系(晶体):
以NaCl为例:
CRYSTAL关键词表示该体系为三维体系
第一个0表示采用标准的空间群编号
第二个数字用于区别是三方还是六方晶系
第三个0用于确定原点是否偏移
空间群的编号,可由CRYSTAL手册上查得
单胞参数:a,b,c以及,,,这里由于
为立方晶系,故只需提供a即可
单胞内不等价原子的数目
原子序号以及分数坐标x,y,z
二维体系(平板):
以石墨为例:
SLAB表示为二维体系
二维面群编号
单胞参数a,b以及夹角,
对于本例为六方单胞,
故只需提供a即可
单胞内不等价原子的数目
原子序号以及坐标
其中x,y为分数坐标
z为笛卡儿坐标,即以埃单位
CO吸附在MgO(001)面: