CASTEP

CASTEP的典型應用包括表面化學，鍵結構，態密度和光學性質等研究， CASTEP也可用於研究體系的電荷密度和波函數的3D形式。此外， CASTEP可用於有效研究點缺陷（空位，間隙和置換雜質）和擴展缺陷（如晶界和位錯）的性質。適用於固體物理，材料科學，化學以及化工領域，可以節省實驗成本，縮短開發周期。

電荷密度泛函理論在局域電荷密度近似或是梯度修正的版本，這是由Perdew和Wang所發展的GGA。DFT所描述的電子氣體交互作用被認為是對大部分的狀況都是精確的，並且他是唯一能實際有效分析周期性系統的理論方法。

梯度修正的方法在研究表面的過程，小分子的性質，氫鍵晶體以及內部空間的晶體是比較準確的。眾所皆知，LDA會低估分子的鍵長或者鍵能，以及晶體的晶格參數，而GGA會補救這些缺點。而GGA在里斯晶體會過度修正LDA結果。當LDA與實驗符合非常好的時候，GGA會高估晶格長度。

CASTEP(Cambridge Sequential Total Energy Package)是一個基於密度泛函方法的從頭算量子力學程序。總能量包含動能、靜電能和交換關聯能三部分，各部分能量都可以表示成密度的函數。電子與電子相互作用的交換和相關效應採用局域密度近似（LDA）和廣義密度近似（GGA），靜電勢只考慮作用在系統價電子的有效勢（即贗勢：Ultrasoft 或norm-conserving），電子波函數用平面波基組擴展（基組數由Ecut-off確定），電子狀態方程採用數值求解（積分點數由FFT mesh確定），電子氣的密度由分子軌道波函數構造，分子軌道波函數採用原子軌道的線性組合(LCAO)構成。計算總能量採用SCF迭代。

根據系統中原子的類型和數目，預測晶格常數、幾何結構馳豫、彈性常數、體模量、熱焓、能帶、態密度、電荷密度以及光學性質在內的各種性質。但不足在於准許數十個原子的系統進行計算。

1. 任務類型：計算總能量、力和張量，包含或不包含內部/外部束縛的幾何結構放鬆，NVE/NVT/Langevin分子動力學，過渡態搜索，彈性係數，用線性響應理論計算聲子頻率。 CASTAP有三種任務，即單個點的能量計算，幾何優化或分子動力學。可提供這些計算中的每一個以便產生特定的物理性能。性質為一種附加的任務，允許重新開始已完成的計算以便產生最初沒有提出的額外性能。

2. 功能：智能選擇關鍵參量（基組，FFT網格，K-點，收斂閾值......），選擇局域和非局域交換-相關泛函，整個周期表的超軟和常規贗勢，顯示能帶結構、局域和部分態密度，計算含頻介電函數和光學特性。

3. 任務控制與重新開始計算：選擇并行化數據分配方案（k，G或k+G），選擇CPU數量，指定伺服器，監視幾何優化的能量和梯度，升級結構，殺死遠程伺服器的任務，重新開始SCF，MD和幾何優化。

4. 特性：紫外/可見光譜，Mulliken布局和電荷分析，鍵級分析，顯示電荷、自旋以及形變密度，顯示體特性的3D輪廓圖和2D截面圖，計算靜態彈性常數，聲子散射，總態密度和態的投影聲子密度，熱動力學特性（生成熱，自由能，焓，熵，Debye溫度），材料缺陷的特性，顯示能帶，用3D形式顯示體系的電荷密度和波函，宏觀缺陷的特性（如斷裂，晶粒邊界）。

5. 其它：多個k-點，實空間或者倒空間的贗勢表示，完全使用對稱性減少k-點集合，SCF選項：DIIS，密度混合，smearing。

6. 可以很容易地設置自旋態，用於模擬磁性體系。

7. CASTEP計算固體材料的IR光譜。