unit_MS_quick-start

打開 Materials Sautio，它會問是要開始一個新的 project 還是要打開一個前次的 project。如果是第一次用的話要選開啟新的 project ，如果一旦這樣回答的話，它還問你是什麼 project，那我們就給它一個 project 的名稱。我們現在要以氯化鈉為例，你可以給任何名稱，但是我現在要以 NaCl 為名稱。

一開始進來要先介紹幾個重要的視窗，它們關係到我們進行模擬計算時所會處理及操作到的對象。姑且可以分為這三類：一、進行計算的工作，己跑完的、正在跑的都算；二、計算工作總是有各有些不同的輸入與輸出檔案，我們經常會需要審視結果、修改輸出入的相關設定；三、材料的原子及電子結構 3D 模型帶有很多我們想要知道之關於這個材料的物性資料，例如晶體的晶胞邊長、原子的元素種類等等。從 Veiw 的 Explorer ，它有三個 Explorer，job Exploroer、project exploroer、property explorer 。

job explorer 的開跟關是這樣按一次它就開起來。這個是你跑什麼 job 近端遠端它都可以顯示，跑完了沒有、要不要把它移除等等，在這邊都可以操作，有很多 job 的時候會很好用。project explorer 預設值是開著的，就是靠左邊垂直的這一塊，裡面對於跑 project 的相關物件，如文字輸出、3D結構等等都是在這裡選取，很像微軟視窗 (MS Windows) 裏頭的『檔案總管』。要做東西總是需要選取一個 job 相關的目錄等等，所以 job explorer 在操作上來講是很重要的。另外我也常常會打開的是 property explorer ，property explorer 在 ms 是新的東西，相對 Cerius2 而言是新的東西。在 Cerius2 裡如果你想要知道一些 3D 物件的屬性，像是鍵長、鍵角，晶胞內原子數，就要分別去打開一些相關的表單，它才會印給你看，然而初學者還得學會這些表單藏在那裏。但是現在新的 property explorer，你只要是3D物件有呈現的狀況之下，可以直接在上面顯現出來，這些待會都會有例子來為大家介紹。也就是說，這是一個非常方便的東西，你都不必記住要打開哪些選單你才可以看到它，各種可以看得見的特性還有可以改得到的選項通通都是在 property explorer。

 

 

一個要跑 CASTEP 的方法，你首先要有晶胞，裡面建立原子結構，你可以透過 file ==> import 打開來進入 structure有內建的分類，然後裡面有選單，這個你可以得到，

我現在要示範的是你自己用手工輸入氯化鈉的晶體結構，首先的做法先打開 new document，有很多種類可以選，我們要選 3d atomistic document ，確定之後會給出一個空的3d 物件的工作稿，

 

然後到 build 的地方按 crystal ，它所打開來的東西首先會要我輸入 space group ，跟據 icsd 上查到的是225 ，把 225 輸進去，把滑鼠在別的地方點一下它就會顯示出 225 的 fm-3m 結構。

option 裡面偶爾看一下是好，那這個地方目前沒有其它的option，接下來下一步到 lattice parameter ，裡面不能夠填的都灰色化，能填的在這邊，那它的a 是 5.64 ，所以把 5.64打進去，其實我已經可以 apply 了，apply 之後它就會做一個出來，那 option 後面其實可以不用管，其本上是預設就好，這裡的 option 是為了整個晶包在絕對坐標裡面排列成某個特定方向，這裡可以選，lattice option 這裡 orientation standard，一般而言預設的就可以了。

選單關起來，這裡我們已經有一個有空間群、有晶包邊長的 model ，再來我們要加入原子。從選單上有個 + ，然後有一顆藍色球，按下去，這就是加原子，

選擇我們要的原子 Na 然後名字它自己會補，abc它預設是用分數坐標 abc，我們看icsd告訴我們剛好是零，所以我就加上去，這是第一顆，

另外 cl 在icsd告訴我們是0.5 0.5 0.5 所以我們也把它加下去，當然我們已經在3d 的 model 裡面看到這個實在是非常像氯化鈉晶體，但是我們為了進一步確認的話很想要看一看某個表單白紙黑字告訴我們 NaCl 的比例相同，在這個情況下我們來到 property explore 的 filter ，filter 選單拉下來有 3D lattice , atom, 跟 symmetry system，

這個晶包裡面有什麼東西是屬於 symmetry system的，我們選下去以後所有跟這個晶包 symmetry system 相關的資訊都會顯現，從 cell formula 這裡我們可以看到 Na 4 Cl4 所以果然確定目前的晶包大小是一個八顆原子的氯化鈉晶包，並且比例是1:1 沒有問題，甚至像密度體積等等的這些它都一併給出來，接下來我要補充，如果你打開 filter 裡面的 3d lattice 的地方，你也可以同時看到角度 alpha betta gamma 以及它是什麼對稱性，還有晶包邊長，以晶包邊長為例，如果你去雙擊它的話可以當場改，所以這就是有別於 cerius2 的好處，cerius2 你要回到某個選單打開來然後改，那這邊所有你看得到的東西你統統可以在這邊改，甚至如果滑鼠的指標去按到晶格的框框，它自動會跳3d lattice，我再做一次給大家看，比方說我來取消它，那這邊是 All，那我來選 3d lattice ，它知道你要選擇 3d lattice ，會自動跳出來給你看，如果選擇原子，那原子就跳出來給你看，所以這是一個非常方便的 property explorer 這是它新的界面最強的之一，

那麼我就順便再講一點在3d操縱時我們所會用到的設定，滑鼠來到3d 工作稿裡頭按右鍵的話會打開一個跳出選單，裡頭的 display style 的部份呢基本上決定了各式各樣3d物件的表現方式，這個部份呢跟物性沒有關係，純粹是一個影像處理跟3d 几何，比方說 atom 選項裡面的 display style 我們選性狀的，選設線狀，選 stick 選 ball & stick 等等 , cross pack 這些都可以馬上反應在結構的表現不同上，那 lattice 也有各種選項等等，那這種選項還有很多種，總之這些都是跟 3d 有關的，

那我們因為還沒有算很多所以這個部份我也不必講太多，我先回到 line，那我另外還要講的一樣是按右鍵它另外有一個 lable 這個東西也很常用，lable 打開呢就讓你可以選擇你在什麼樣的 object 的 object type 要 lable ，你能夠 lable 原子，你也能夠 lable 化學鍵，這邊因為目前這個晶包面沒有任何化學鍵，所以它不會有化學鍵給你選，那我們常會用到的是要把原子的位置上打上化學的原素符號，那我們就來在 object item 下來按 element symbol ，你不要按 element name， element name 是元素名稱，字比較長，element symbol 選下去然後按 apply，那麼就顯現了所有的原子什麼樣的原子的字就都出來了，這裡呢你還可以選擇字形的大小，你可以先把它 remove 掉，我現在先把它 remove 掉，我現在再一次 element name 要用比較小號一點的文字，所以說這非常的方便，

那麼光是原子結構的 3d 操控基本上是這樣，對於如何細部去移動原子切割原子的話將來我們有机會再其它的單元課程中再來說明怎麼樣來切割或移動東西。那麼我們今天的目標呢是一路就要把我們做出來的晶包直接進行光學性質計算，所以我們緊接著就要開始。首先這個晶體其實並不是 premitive unit cell ，並不是最小體積的晶體，我們可以在 build 選單的 symmetry 裡面去選 premitive cell 按下去，它會把它轉成 premitive，這個 premitive cell 你馬上可以從 property explorer 裡面的 symmetry system 裡面看到說其實 cell formula 已經是 NaCl 了，所以說它已經是大大的減小，Na 和 Cl 已經是各有一顆，我要在這樣比較簡化的狀況之下來進行光學計算，

要進行計算我們到選單上的符號裡面是一進波浪的這個，這是代表 castep 模組，因為它是以平面波作為基底，

我們要選擇能量的部份，至於說 setup 裡面的 task 你可以做很多不同的 task，這些不同的 task 將來有其它部份的教材來繼續做完整的介紹，選擇 task 的情況之下再來 quality 我們選擇自己比較放心的 medium 或是 fine，那我們先選擇 medium 好了，

再來我在 electronic 的部份這個選單，它控制了計算的精確度，裡面有一個 more 選表你可以看到 electronic option 的選單，這個選單裡面有好多項， basis、kpoint、scf、potentials 這些，這些細節都可以選，我們通常會遇得到要特別選的地方通常是為了要增加計算上的效能，來到 scf 這裡勾選 fix occupency ，這個 fix occupency 是只能用在絕緣體的，當你知道你的計算是絕緣體的時候，當然會比較節省時間，不然它永遠會把它當作金屬來算會比較慢一點，但是這也不失為是一種保險的方法，那我今天因為是要來計算氯化鈉，我本來就知道它是一個絕緣體，那我就勾選它，這樣會讓我的計算更快。

這個選單裡面有許多屬於專家級的微細調控，當末來你所需要的精確度跟你所能允許的計算時間性能要有一個權衡的時候你就要靠這些相關數值的調控來做到花最少時間來做到最精密的計算，然後重要的一點現在我們來到 property 這裡，剛剛在 setup 選項裡面選了 tasks 的 energy，那麼在 property 裡進可以進一步指定我要附加計算哪一些特性，比如說能帶結構我要，我就把它勾起來，density of state 我要我就把它勾起來，那麼光學性質我要我就把它勾起來，是這樣子來選的，那麼如果說你有與趣試試不同種類計算的話呢我先警告這個 phonon dispersion 跟 phonon density of state 這兩個是相當耗時間的計算，如果說你要把它丟在 pc 的電腦的話你點型的等待有可能是三兩天也有可能是一兩周這樣子，看你不同的晶包大小，所以說這是很貴的，其它都還算是比較不會太貴的計算，那我們現在是為了示範光學計算，所以說我就勾選了能帶結構，態密度跟optical property ，其中態密度這個部份我進一步還要選擇要求計算投影態密度，projected density of state ，那這個其它的就用預設值。

那現在我來到 job control，job control 裡面有一個 gateway location ，它裡面是在指定說到底要在哪一台電腦跑，那我目前的示範是要在本機，所以就選 my computer ，那麼如果你什麼特定要求都沒有就這樣子丟下去也可以，但是呢為了要將來管理方便呢最好能夠將 job description 自己給定，所以把 automatic 的勾取消掉，自己給一個名稱，那我目前的狀況呢當然是寫NaCl ，自己給名稱給一下，然後就可以按底下的 run ，但是如果你是在遠端的機器上跑的話，非除你要它跑完不要的檔案也要從遠端 server 上去掉，不然你可以勾選 more 選單裡面的 retain server file，這個如果勾起來的話，跑完的時候檔案會在 server 上留一份，下載的時候不會殺掉，但是這樣子也要小心，因為這樣會造成用了沒多久以後硬碟空間都佔滿了，所以說這是一個兩相權衡，看看這個先留在 server ，將來要定期的清除，或著是說要直接殺掉。

總之現在已經決定了在 my computer 上來跑，那我們一切的設定都選好了以後呢就可以按這個 run ，把它按下去，按下 run 以後你會看到它跳出這個它在報告計算情況的選單，這是2.2 會出現的，如果是3.0的話這個選單可能不會出現，並且你在 job description 的地方你也會看到這個什麼樣的 job 並且這個亂數取出來的 id，那麼他的這個在哪一台機器上跑，用了什麼東西跑server，就是用什麼東西跑 castep ，它的 status 狀態呢是正在跑running 等等，如果你想要讓它中止的話你可以直接用滑鼠點選你要的 job，它會被標亮起來，按右鍵它有一個 action ，你可以看它可以做什麼，那目前因為 job 正在跑，所以你唯一能做的就是stop它，選了 stop 你就可以把 job 直接停掉，在 unix 環境下你可以把它只接 kill 掉，用一些其它方法，但是在 windows 的主從運算 client-server 上你必需透過這種方式來把它停住，

目前這個計算還在進行，我們勾選了好多東西，那麼電子結構算完了它緊接著進行能帶計算以及光學計算，這個我們都要叫他做，那另外還有一點要講的是說如果你丟到遠端的機器上，或是即使你是丟到本地端的機器上算的話，丟過 job 以後你不必一定要把 materialsstudio 的介面開著，比方說你要暫時結束今天的工作，那程式還要繼續在遠端跑還是在本機跑，你都可以安全的退出 materialsstudio 的介面， 下一次再開起來的時候它自己還會再回去連接，你不必因為擔心 job 會停掉而一直開著 materialsstudio 的介面，你不關的話你就會消耗一個 license ，這對於多人使用的話是不方便的，是浪費資源的。這個 job 因為剛剛用了 medium ，所以還是有點久，這個 job 用了 330 這個精確度對於一些初步的具有學術探討價值的一些物理量是已經不錯了，剛剛使用如果是用 corse 的話會快一點，所以我們現在要等一下，在等待時我們可以來看一下，我們現在使用的這台是 phys-holon ，我們應該可以看到 phys-holon 目前的狀態，打入 holon:18888 ，需要全名的時候就是這台機器的全名，進去之後你可以看到目前你正在跑的，

你可以看到誰，我是 holon，丟了 G15EA，那它現在是在 running，那選進去以後我們可以看得見目前正在進行計算的 castep 檔案，如果我點進去的話它會因為 application 的定義沒有設好而要求我要選擇下載或開啟，我剛剛選擇了開啟，剛剛那個單純做電子結構計算的已經在七十幾秒時結束，那另外屬於能帶結構計算的部份我也把它開啟，能帶結構的計算也是另外一個七十几秒結束，那光學計算可能現在正在進行，你們可以從上面看到名稱有 optics 的這些就是光學計算。

既然我們已經做完能帶結構計算，我們應該有一些東西已經可以開始分析了，所以說我們來做一下分析，首先我們把所有的畫面統統清乾淨，現在 job explore 上面的 status 已經從 running 改成 successful 了，所以說所有的 job 都已經完成，我們可以去看一下剛剛利用流灠器所看到的 gateway server 的畫面，裡面有 _optics.castep 我下載下來以後一路拉到最後面，可以看到完有完成，花了一百多秒，

我現在把它關掉，現在要進行分析了，我的建議是在進行分析之前這個桌面先清乾淨會比較清礎。我們先在 castep 這個波浪形的 icon 裡面選擇 analysis ，它會跳出一張到底要 analysis 什麼東西的選項，目前你會看到 result files 是空的，因為我們沒有選擇是到底要分析什麼東西。

現在我們希望看到電子雲密度的話就先選電子雲密度，並且來打開剛剛所進行的計算，剛剛所進行的計算你通常需要的是 .castep 這個檔或著是三度空間的結構，就是 .xsd ，extended structure data 這一個。如果雙擊把它開起來，它知道 result file 是 NaCl.castep 這一個。如果說我再把它關起來，它現在又沒有 file available。同樣的如果我把 NaCl.castep 開起來，它也曉得 result files 是這個檔，但是不同的是，一樣是 electron density ，可是它會不讓你 import ，原因是打開雖然是符合它 output 物件的 .castep 檔，但是 .castep 畢竟是一個文字輸出檔，你不可能把電荷密度就直接疊套在這個文字輸出檔上讓你觀看，你必需要有一個三度空間物件的視窗才能夠讓你載入電子結構。所以說在這樣的狀況之下的話這個表單可以提醒你要開啟一個合法的三度空間的檔。

現在我們再度打開這個.xsd檔，這樣的話我們按 import 就能夠把這個電子雲密度 import 進來，那這個 import 進來這個電子雲密度我就順便利用這個場合來簡單示範几個你可以利用的不同展現方式。你所看到的這個東西是電荷密度的等高面，為什麼說是等高面呢?剛剛在 analysis 選單裡面選 electron density 的時候，它有一個 view iso surface on import ，預設值是勾起來的，也就是說你在一 import 進來的時候它就會用 iso surface 來呈現，這個事實上比較方便。

如果說我們不要這個 iso surface 的話我們可以在 3d 工作底稿上按右鍵，打開 display style ，在 display style 裡面控制 iso surface 的這個部份的 visible 先把它勾除，變成 not visible，就會暫時看不見。

另外我們可以去 field ，這是一個 materialsstudio 有別於 cerius2 的新東西，field 是三度空間全部呈現，我如果按 field 它預設會用點狀的方式來告訢我目前電荷分佈的情形，你可以選擇比較高品質的點，medium，或著是high，你也可以選擇用 volume 的方式，volume 非常漂亮，你可以看到這個霧狀的，當我旋轉的時候它會用比較粗糙的方式來做旋轉，這是因為介面的預設是要讓速度快或或度慢的電腦通通都可以處理轉動而不會產生延緩的現象。如果我們在3d底稿上按右鍵選擇 display option，它可以有一些跟3d呈現控制有關的東西的性能調整的部份就會讓我們看見，如果我們把 fast rander on move 這個勾選取消的話，這就表示我要選擇我在移動3d物件的時候我要選擇不要快速的光影處理，那這樣的話它就會用完整品質的光影處理，你也會發現我在移動的時候這個速度就會慢一點，但是你也會發現如果在介面卡速度很快的電腦上，它還是可以來進行。

這就是field 的功能。另外我們現在主要的還有別的東西 要分析，我們要去看它的能帶結構，所以在現在這個狀況之下我們改勾選 band structure，band structure 勾選完了以後你會看到系統知道你剛剛有做過 bandstruct.castep，所以它確認是沒問題的，它同時也可以讓你勾選要不要同時 show 態密度，並且你也可以勾選同時 show 出 partial density of state，然後再一起把它 view 起來，

出來了以後你所看到的就是整張相當完整，通常你還需要再把它縮小讓它比較瘦窄一點，比較符合一般固態物理裡面的呈現方式，它原來預設的這個橫擺的是比較不好，要像我調過的這樣子，變成有點直擺的這樣子比較符合，那你看到左邊的是能帶結構圖，左邊的是態密度，並且包含投影的態密度，你可以看出不同的 spd 的投影分佈狀況，至於說底下這個不同的 布里淵區的特殊點，布里淵區是怎麼拉出來的，如果你想要得到這樣的訊息的話你還要回到 cerius2 去看，不過這是特殊的用途，有需要的人再去看，

我們現在終於要來看 optical property 了，選擇 optical property ，analysis 的選項一樣會正確的指到 optical property ，使用者有時候要自己注意有沒有指到要的地方，那我們在這邊選擇是否 polylize and poliry 是否 polycrystal 這是光學性質自己再知道一下。smearing 等等的這些選單我們今天先不介紹，這是細部要進行光學調控的時候所做的，這是電場的方向。scissors 這是能隙修正 shift 的值。我們要畫什麼呢?這裡 reflectivity 是預設，其它 absorption 、介電函數等等統統可以畫，那我們選擇 reflectivity，單位可以是 ev cm-1 或是 nm，在 more 選單裡面還可以做其它的調控，我們今天先不去設定。

總之，選好了我們要的條件，按 calculate，那它會做一點簡短快速的計算，那按完了calculate之後它跳出的這個選單叫作 optical properties.xgd，extended graph data，裡面有 summary 的部份也有 epsilon 的部份，都是 graph data 要用的，如果你另外還有需要擷取這些數據的話可以拿去用，

你會看到原來的 analysis 選單裡面就多出一個 view ，在 calculate 跟 help 中間多了一個 view，也就是說你剛剛 calculate 以後你現在已經可以 view了，view 按下去之後它就會給你你剛剛選擇的 reflectivity 的光譜，

另外再順便介紹一點，這些很漂亮的圖在 materialsstudio 的工作底稿中一一呈現，我們是有辦法將它轉存成將來做網頁所需要用到的較方便的格式，比方說我們要存這張很漂亮的 bandstructure 圖，我們把它 highlight 之後來到 file 的地方按 export，選好了你的目錄之後，給檔案名稱，寫出去的時候可以是 materialsstudio 的 chart file，或著是 bitmap。

在 materialsstudio 所附加的功能裡頭，有一個 view 選單，裡面有一個 toolbar，這個 toolbar 功能你以看到並不是所有的 toolbar 都開起來的，其中有一項是 html formating，你如果把它勾起來的話你會在整個選單裡面看到跟 html 相關的選單出來，

你如果選要做一個新的 document，按 document icon 就可以選 html document ，選確定，就會跳出一張工作稿，它是一個簡單的 html 編輯器，比起 netscape 的 composor 簡單，但是你會有像是改變字形等等的小型 html 工作稿，你可以選擇插入圖片，那圖片來源就可以流灠一下，可以叫進剛剛存的 bitmap 圖。

bitmap 圖比較大，materialsstudio 並沒有提供把 bitmap 轉存成 jpeg 或是 gif 這種比較小的圖。把 bitmap 選進來確定之後可以把它變成 html 格式的一部份，並且可以開始打你自己要打的字，像是 this is my test ，比方說粗體，置中這方面都沒有問題，這是一個很方便的工作稿，對於處理第一手資料通通都可以在這個環境裡面完成，save 完了以後可以把它關掉。

我們現在回到 property explorer，這個是如windows 環境的軟體環境，如果你要改名字直接在上面用 window 更名的方法直接改，所以說你一開始的預設值不管是什麼東西你都可以直接改它的名字，我現在把它改成 NaCl_notes，改完了以後它的名稱跟表框外面的名字就改了，所以說這是非常方便、整合得很好的機制。如果說我們對於 job 這個地方覺得訊息已經不再需要了，我們可以按右鍵選 remove 或 archive 存檔。這個並不影響到我們已經跑完的結果，我們已經跑完的東西如果想要整個不要或著是部份不要都可以按右鍵來刪除或更名。最後，如果我們要退出，就可以按 file --> exit ，它會問你要不要把畫面上打開的一些東西一起存下來，如果覺得不需要就選 no ，需要的就選 yes。這樣就完成了光譜計算。