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課程編號: NE-2022-TC02
課程名稱: CASTEP / Materials Studio計算化學訓練課程( 延後至 2023/01/11 開課)
課程領域: 化學
相關領域:
上課方式: 線上教學(需報名,無需審核)
上課地點: 線上    非同步數位教學    
上課時間: 2023/1/11 (三)  ~  2023/1/13 (五)     09:30 ~ 17:00
上課總天數: 3 天,共計 18 個小時
招生日期截止(含): 2023/01/06 (五)  17:00
最後繳費截止(含): 2023/01/10 (二)  05:00
最後回報繳費截止(含): 2023/01/10 (二)  17:00
提供午餐:
招生人數: 10 ~ 99  人
 
講師:
淡江大學 - 物理系 李明憲  教授
 
報名費用:
一般人士6000 元
學生3000 元
課程介紹:
本課程要向大家介紹一個基於第一原理(量子力學)的材料模擬計算軟體 CASTEP,以及它在 PC 平台上的操作界面 Materials Studio,讓大家實習如何使用 CASTEP 來預測材料的機械、電學、光學、磁學、熱學、化學等特性。
CASTEP 是使用所謂的密度泛函理論,來處理並近似多個電子交互作用的複雜量子力學問題。它可以處理晶體、表面等具週期性的系統,也可以用超晶胞的方法處理分子吸附、雜質等非週期性的系統。Materials Studio / CASTEP 的組合是一個先進的材料設計環境,具三度空間繪圖的科學視覺化能力、其材料物性計算也有良好的精密度及優越的單機與平行效能,在高度整合的主從運算與分析環境架構下,提供親切而功能強大的使用者界面,因此是研究與設計材料物性的一個非常好用的工具。
在三天的密集課程中,我們會對實際使用 CASTEP Materials Studio 的基礎學理、功能選項、操作方法、都儘可能作廣泛性的、入門性的介紹,並配合實務經驗傳授及上機實習,希望能讓上路新手也都收穫豐富,而能開始自行使用第一原理計算來輔助材料特性的研究與設計。
局部泛函理論、虛位勢近似法、與表面現象(如表面重構、表面能、功函數 ) 計算方法 。
課程內容安排:
第一天
09:30am 示範與同步實習:Materials StudioCASTEP快速入門(本機模式)
10:30am  示範與同步實習:以純文字模式執行 CASTEP 的方法、認識 CASTEP 的 輸出、輸入檔
11:00am 示範與同步實習:認識晶體結構 與 ICSD 無機晶體結構資料庫
11:25am 示範與同步實習:CSD 有機晶體結構資料庫
11:50am  示範與同步實習:模型建構技巧 (含奈米管)
12:10am  示範與同步實習:介面之標準 3D 功能
12:30am  午餐
13:30pm  密度泛函理論與 CASTEP 平面波贗勢方法
13:30pm  量子力學複習、微觀圖像與第一原理、多電子的量子問題、密度泛函理論(Hohenberg-Kohn 定理的證明)、Kohn-Sham 方法、迭代極小化
14:30pm  贗勢、平面波基底與週期性邊界條件、直接計算原子的受力、梯度算符求值與快速富利葉轉換
15:30pm 示範:預測基本物性 (I) 了解原子軌域與目睹化學鍵
原子軌域、分子結構與極性、化學鍵及其鍵級(鍵級觀念簡介)、孤立電子對判定、鍵能、鍵長與鍵角(含輸出檔判讀)、電子局域化函數作圖
17:00pm  實習:預測基本物性 (I) 了解原子軌域與目睹化學鍵(項目同上)
18:00pm 實習結束 
 
第二天
08:00am 電腦教室開放:自由上機實習
09:00am 能帶結構的理論與其計算方法簡介
能帶的本質、從能帶結構看物性(費米面、導電機制、曲率 (有效質量)、能隙、磁性)、超晶胞、倒空間與布里淵區、FFT Grids 資料結構、 k-取樣與對稱化、費米面與分數佔據態、投影態密度
10:00am 示範:預測基本物性 (II) 能帶結構相關物性
能帶結構、態密度、投影態密度、導體、半導體、絕緣體、磁性、反鐵磁初始態、反鐵磁、晶胞參數、彈性係數張量、載子的有效質量、超晶胞計算下能帶的折回
11:00am 實習:預測基本物性 (II) 能帶結構相關物性(項目同上)
12:00am 午餐
13:00pm 進階理論簡介 (I) 光譜預測?
電子躍遷與光學性質、密度泛函微擾理論簡介(聲子、靜介電常數、紅外線吸收與 NMR)、能隙問題及修正、核(內層)電子光譜及 core-hole 效應
14:00pm 示範:進階物性預測 (I)光譜預測(項目如下)
14:00pm 可見 / 紫外電子光譜、 電子能量損失譜 EELS / 能量損失近邊結構ELNES;介電函數、聲子譜、聲子態密度以及比熱
14:30pm 靜介電常數、紅外線光譜、拉曼光譜
15:00pm 核磁共振、能階修正
15:30pm 實習:進階應用範例 (I) 光譜預測
16:00pm 自由實習(練習本日上、下午所有的議題)與個案討論
17:00pm 實習結束
 
第三天
08:00am 電腦教室開放:自由上機實習
09:00am 進階理論簡介 (II) 表面與介面的物理與化學現象
表面與介面的電子結構
10:00am  示範:進階應用範例 (II) 表面與介面
表面重構、化學吸附、STM 影像模擬、表面與介面的功函數、異質接面之能帶偏移(band-offset)
11:00am 實習:進階應用範例 (II) 表面與介面
12:00am  午餐
13:00pm  進階理論簡介 (III) 複雜系統的模擬
虛擬晶體近似法、過渡態搜尋、分子動力學簡介 、TD-DFT簡介
14:20pm  示範 進階應用範例 (III) 複雜系統
處理缺陷與摻雜之方法:(1)虛擬晶體 介面操作、純文字操作、(2) 超晶胞 , 化學反應之 過渡態搜尋暨活化能預測、分子動力學、TD-DFT 
 
  

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