Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 碳纳米管的几何优化

背景：DFTB+是一种基于密度泛函理论（DFT）的双中心方法的半经验紧束缚方法。紧束缚方法的使用使其比普通的DFT方法更快，但也使其依赖于Slater-Koster库的参数集。库为标准有机分子和半导体提供。

与经典的基于力场的方法相比，量子力学技术通常能更好地处理与碳纳米管(CNT)的相互作用。然而，使用量子力学技术所带来的体系尺寸限制缩小了可以处理的应用范围。DFTB+代表了研究碳纳米管的经典和量子模拟技术之间的良好折衷，给出了量子计算的准确性和电子信息，但将其应用于标准量子技术无法达到的体系规模。

简介：在本教程中，您将使用 DFTB +模块对碳纳米管进行几何优化并计算其能带结构。

目的：介绍结构和电子特性的基本DFTB+计算

本教程重要节点：

初始准备-设置几何优化任务-选择特性-控制作业设置并运行任务-分析结果

1. 初始准备

第一步是使用纳米结构构建工具创建一个10 × 10的碳纳米管。

从菜单栏中选择Build | Build Nanostructure | Single-Wall Nanotube，打开构建单壁纳米管对话框。将N和M设置为10，然后单击Build按钮。关闭Build Single-Wall Nanotube对话框。

为了避免CNT的周期图像之间的相互作用，应增加垂直于CNT的晶格参数。

从菜单栏中选择Build | Symmetry | Lattice Parameters打开晶格参数对话框。在Advanced选项卡上，取消选中Keep fractional coordinates fixed during changes to the lattice复选框。在Parameters选项卡上，将长度 a 和 b 设置为 30 并关闭对话框。

您将执行CNT的几何优化，包括单元长度的优化。要保持刚才设置的周期晶格长度，应约束这些轴。

从菜单栏中选择Modify | Constraints以打开编辑约束对话框。在Lattice选项卡上，选中a、b、α、β和γ复选框并关闭对话框。

执行计算时，a和b单元长度将保持固定。

2. 设置几何优化任务

您现在已准备好开始设置DFTB作业。

单击Modules工具栏上的DFTB+按钮，然后选择Calculation或从菜单栏中选择Modules | DFTB+ | Calculation。

这将打开“DFTB+计算”对话框。

从Task下拉列表中选择Geometry Optimization。

点击More…按钮打开DFTB几何优化对话框。

您将使用优化单元选项来松弛晶格参数。由于约束了a和b晶格长度，Optimize cell选项将仅优化c晶格长度。

选中Optimize cell复选框并关闭对话框。

为了运行DFTB+作业，必须选择有效的Slater Koster库。DFTB+要求在库中定义目标结构中所有可用元素之间的交互。单击View按钮可以显示每个库的快速概览。在本教程中，您将使用CHNO库。

在DFTB+计算对话框的Electronic选项卡上，从Slater-Koster library下拉列表中选择CHNO库。

注意：如果要将DFTB+与包含任何可用参数集不支持的原子交互的结构一起使用，可以使用DFTB+参数化任务创建自己的参数。这使用DMol3执行DFT计算。有关更多信息，请参阅Creating parameters for DFTB+（为DFTB+创建参数）教程。

3. 选择特性

除了执行几何优化之外，还可以从将在优化结构上计算的一系列特性中进行选择。对于本教程，您将计算CNT的能带结构。

在Properties选项卡上，选中属性列表中的Band structure复选框，并将k-point set设置为Fine。

由于您正在计算一维物体的能带结构，因此应创建布里渊区路径，并仅保留与纳米管方向相对应的路径。

单击Path…按钮打开Brillouin Zone path对话框，单击Create按钮，然后删除除Z to G路径之外的所有布里渊区路径。

注意：如果使用Dynamic任务生成轨迹，则可以使用Forcite Trajectory Analysis执行进一步分析。

4. 控制作业设置并运行任务

您可以使用DFTB+ Calculation对话框中Job Control选项卡上的命令来控制计算。

您可以选择运行计算的网关位置，并设置各种选项，如工作描述。您还可以指定实时更新设置和作业完成选项。

现在，您已准备好运行DFTB+几何优化作业。

单击Run按钮并关闭对话框。

将显示一个名为Status.txt的文本文档，报告计算的状态。这份文件会定期更新，直到计算完成，它可以是一个有用的援助，以表明您的计算进度。

5. 分析结果

计算完成后，结果将返回到项目资源管理器中的 SWNT DFTB+ GeomOpt 文件夹。

在SWNT DFTB+ GeomOpt文件夹中，双击SWNT.txt。

SWNT.txt文档包含作业和结果的概述。SWNT.DFTB+文件包含上次单点能量DFTB+计算的输出。如果计算有问题，此文件可能包含有用的信息。

将焦点转移到优化后的SWNT.xsd。

要可视化带结构，您需要分析输出文档。

单击Modules工具栏上的DFTB+按钮，然后选择Analysis或从菜单栏中选择Modules | DFTB+ | Analysis。

这将打开DFTB+ Analysis对话框。

选择Band structure，然后单击View按钮。

这会生成并显示一个图表，显示CNT的能带结构，注意费米能级处的特征带交叉。

本入门教程到此结束。