MS的使用--界面的建模和简单计算介绍
主要介绍一下 Material Studio(MS)的使用，MS是一个完整的建模和仿真环境，可以预测和了解材料的原子和分子结构与其特性和行为之间的关系。MS是法国达索BIOVIA品牌下的一款全尺度材料模拟平台，包含快捷的模型搭建和可视化功能和强大的计算模块，主要包括 VAMP（基于原子轨道线性方法的半经验量子力学程序）， Dmol3（原子轨道线性组合的方法描述体系的电子状态，针对化学反应机理和催化领域）， CASTEP（基于密度泛函理论的先进量子力学程序，主要致力于掺杂，缺陷，表面，界面等缺陷结构）， DFTB+(基于结合密度泛函方法(DFT)和紧束缚方法(TB)的半经验量子力学程序，大体系或者生物大分子方面的计算）， ONETEP（剑桥大学开发的针对大体系的量子力学程序）， FlexTS（复杂过渡态自动化搜索的模块。针对催化的反应路径和中间结构）等量子力学计算以及分子动力学计算，介观计算以及分子结构预测等等。我主要从事一些关于DFT理论计算和缺陷分析工作，因此从界面搭建和CASTEP计算方面做简单介绍，如有问题敬请批评指正！
CASTEP量子力学计算模块
CASTEP是由剑桥大学研究组开发的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序，主要进行第一性原理计算，主要解决一些结构弛豫，静态计算和电子结构分析等问题。
正常的计算流程应该是在文献或者晶体学数据库中找到相应的晶体结构，搭建实验相关的界面然后进行相关计算。之所以先介绍计算模块，是因为从实验中观测的晶体结构或多或少存在一定的误差并且可能会为后续界面的计算增加一些不必要的工作量，因此我认为对单胞模型做结构弛豫是有必要的。以Fe3O4/MgAl2O4界面为例完成整篇介绍：
单胞弛豫
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MS中导入Fe3O4和MgAl2O4的单胞，右键模型空白处选择Display Style选择ball and stick展示球棍模型，方便查看。
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设置计算参数，首先打开Modules下拉界面CASTEP中的Calculation模块，分别按照图示设置参数。在结构弛豫的计算设置中分别包含计算精度，能量收敛判据，力收敛判据，以及弛豫过程中的原子位移限制。在Minimizer对跨框中，精度越高，弛豫时间越长，如果是为了查看模型搭建是否准确或者界面初步弛豫是否合理，建议中等(Medium)精度即可！也可以手动设置所需要的能量收敛和力收敛判据，如常用的1.0e-4eV/atom和0.01eV/Å。options对话框中可以对算法进行选择：BFGS 寻找最低能量结构的最快方法，也是唯一支持cell optimization的方法，可以选择线性计算亦或者是非局部计算；The Damped molecular dynamics （Damped MD）针对具有较平势能面的体系，比如分子晶体，或表面上的分子，这时晶胞需要固定；TPSD 适用于势能面变化较大的体系，尤其对在优化晶胞时施加晶格参数约束这种情况（固/固界面）；stress对话框可以对模型施加不同的压力。返回Setup主界面，计算中是否打开自旋以及采用DFT亦或者DFT+U均可以在此界面操作。
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继续设置计算参数，在Electronic对话框中设置截断能，自洽精度，布里渊区K点网格，势函数以及相对论的处理办法。CASTEP中分子轨道是通过平面波来扩展，截断能的高低控制平面波基数的数目，截断能过低会影响计算的结果的正确性，选择的过高会增大计算量。自洽的迭代精度同理。K点划分按照绝缘体，半导体或者金属均有相应的划分方式，保证晶格常数和布里渊区对应k点值乘积一致即可。势函数和相对论的处理办法选项卡视情况而定，可根据具体的材料体系查阅相关文献设置。然后在Properties对话框选择所需要的输出结果并且在Job Control对话框选择计算占用的核数即可开始Run，选择文件的保存路径，等待计算完成(如果出现计算错误会弹出错误文件，按照错误文件修改重新计算即可)。
界面模型搭建
以Fe3O4(111)/MgAl2O4(111)为例搭建界面模型。Build->Surface->cleave surface，在切面界面中输入切面(111)，可以设置模型厚度，并通过控制顶部原子层来调控界面的截止面。首先在Fe3O4中切111平面，并且模型的其他两个方向分别设置1-10和11-2方向，可以保证搭建的模型是正交模型(不正交的也可以，要保证界面两侧模型的对应边一致)，点击Cleave。(截止面的缺点可以对照着Cleave后的模型调整)
同样的操作切出对应的MgAl2O4模型。
搭建模型。选择Build->Build layers，然后按照图示搭建界面，并手动调整界面间距，搭建真空层或者周期性界面结构。
对于氧化物界面而言，可以按照O格子确定界面间距（查看O原子坐标，并通过计算后调整整体模型的位置），查看坐标前先讲坐标初始矢量设置好，然后比较数值就好。如图所示，选择黄色框中的三个O原子作为参考调整界面间距(单击O原子即可在左下角的原子信息中获得坐标值)。
界面确定好后，搭建晶胞，以真空层模型为例。
结果如图所示，若想要对界面模型进行计算，可以参考单胞计算，可能需要考虑更多的细节以及计算中会碰到更多的问题，需要学者们慢慢摸索，如果初始模型搭建合理可以避免很多的机时浪费和错误。
如果有问题请读者们批评指正！
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