設置表面計算

GULP用戶界面中的“表面計算”任務旨在提供一種簡單的方法來設置和執(zhí)行兩個重要表面性質(zhì)的計算，即表面能和附著能。

表面能描述了在本體材料中形成自由表面的熱力學成本，因此應該是正的。附著能是一個替代的熱力學量，它描述了解理面的穩(wěn)定性，并在概念上與表面生長的動力學有關：具有最多放熱附著能的面往往生長得最快。表面性質(zhì)理論部分詳細討論了這些性質(zhì)和用于計算它們的GULP技術。

設置表面性質(zhì)計算時，有許多問題需要仔細處理：

l?用于表面能計算的體積能的確定。GULP需要該值，在通過對整體結構的計算確定該值時應小心。GULP要求表面結構具有與本體結構相同的化學計量。體積能量本身取決于SurfaceAtoms原子集中公式單元的數(shù)量，輸入GULP的計算值應相應縮放。

l?附著能量是根據(jù)每個附著層的能量計算的，因此它取決于層的厚度。

l?應測試結果在表面深度方面的收斂性，尤其是表面能計算的收斂性。這種類型的收斂性可以通過在“Cleave surface”過程中使用指定的越來越厚的表面層重復計算來評估。

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計算電子和結構性質(zhì)

可以使用GULP計算對話框的性質(zhì)選項卡請求電子或結構性質(zhì)。這些性質(zhì)作為計算的一部分進行計算，并使用“GULP分析”對話框進行查看。每次需要計算更多性質(zhì)時，必須運行另一個GULP計算。

可以通過“性質(zhì)”選項卡訪問的性質(zhì)包括：

l?晶格性質(zhì)

l?聲子頻率

l?光學性質(zhì)

l?熱導率

l?靜勢能

l?電場梯度

所有性質(zhì)在計算結束時使用幾何優(yōu)化或分子動力學運行的最終結構輸出進行計算。

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計算晶格性質(zhì)

選中“晶格性質(zhì)”復選框后，GULP將在運行過程中計算以下性質(zhì)：

l?玻恩有效電荷張量，注：玻恩電荷僅在原子上有電荷或使用極化勢能模型時可用。玻恩電荷目前還不能通過電負性均衡來獲得。

l?彈性常數(shù)矩陣

l?彈性柔度矩陣

l?Reuss、Voight和Hill約定中的體積模量、剪切模量、S波和P波速度

l?楊氏模量

l?泊松比

l?壓電應力和應變矩陣

l?靜態(tài)介電常數(shù)

l?張量高頻介電常數(shù)

l?張量靜態(tài)折射率

l?高頻折射率

上述所有性質(zhì)僅適用于3D周期系統(tǒng)，不適用于表面或分子。

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計算聲子頻率和光學性質(zhì)

選中“頻率”復選框時，GULP將計算布里淵區(qū)Γ點處的聲子頻率，作為運行的一部分，也可以計算布里淵區(qū)其他點的聲子頻率。使用互易空間中的[111]接近方向計算產(chǎn)生Γ-點聲子的LO-TO分裂的非分析校正。如果任何頻率被報告為負，則意味著存在對應于結構不穩(wěn)定性的虛模。重要的是在頻率計算之前進行幾何優(yōu)化，否則將存在大量的虛模，并且結果的總體精度將降低。

GULP還根據(jù)Γ-點頻率計算零點能量。例如，當比較多晶型物在低溫下的相對穩(wěn)定性時，需要該值。

除“頻率”復選框外，選中“性質(zhì)”選項卡的“計算頻率相關的性質(zhì)”復選框時，GULP將在運行過程中計算指定頻率范圍內(nèi)的各種頻率相關的光學性質(zhì)，如反射率和介電常數(shù)。計算的數(shù)據(jù)在輸出文件（.gout）中以ASCII表格的形式返回。您可以使用GULP分析對話框上的光學性質(zhì)部分重新計算和繪制不同實驗幾何形狀和振蕩器阻尼系數(shù)的光學性質(zhì)。

選中“性質(zhì)”選項卡上“頻率”選項的“聲子”復選框后，GULP將計算布里淵區(qū)內(nèi)各個k點的振動頻率，以及Γ點頻率。將要計算的聲子由下拉選擇決定。色散計算提供了關于布里淵區(qū)中沿高對稱方向的頻率的信息，而DOS使用布里淵區(qū)內(nèi)規(guī)則網(wǎng)格上的k點。可以在GULP“熱導率”對話框中指定的溫度范圍內(nèi)計算聲子的熱導率貢獻。

GULP中的熱導率計算基于Allen和Feldman（1993）公式，旨在研究無序或非晶材料。研究結果相對于超晶胞大小的收斂性是很重要的，因為只考慮Γ點聲子；這是一個隨著超晶胞尺寸的增加而變得更加精確的近似值。

注：GULP中有一個限制，即結合QEq或Streitz-Mintmire電負性方案的聲子計算僅限于Γ點頻率，因此無法獲得DOS或色散信息。

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計算靜電勢能

選中勢能復選框后，GULP將計算靜電站點勢能及其一階導數(shù)，作為運行的一部分。此信息可用于與使用其他程序獲得的結果進行比較或用于ESP電荷擬合。

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計算電場梯度

當選中電場梯度復選框時，GULP將計算原子位置的電場梯度（EFG），包括EFG張量的主要分量和不對稱參數(shù)，作為運行的一部分。