金屬礦物屬于大型周期性體系，因此要運用密度泛函理論研究其礦物性質(zhì)要運用Mterials Studio中的Castep模塊。本文主要講述氧化鋅礦物晶胞模型的構建以及完全解理面的計算和對氧化鋅礦物表面性質(zhì)分析。

主要步驟分為：

            1 創(chuàng)建新項目，導入氧化鋅原胞

            2 運用Castep模塊進行優(yōu)化計算，得到能帶及態(tài)密度

            3 切面并計算表面能得到完全解理面

            4 對比計算結果，分析電子性質(zhì)

1 首先打開Materials Studio軟件，點擊Creat a new project，點擊ok，然后選擇保存路徑，切記不能保存在含有中文的文件夾中，命名為ZnO文件名,( 切記文件名也不能用中文)。進入軟件之后，在ZnO上右擊選擇import→structures→metal oxides→Zno，成功導入氧化鋅原胞，右擊選擇Display Style選擇球棍模型（ball and stick）。

ZnO

2 點擊Modules選擇Castep→Calculation進入Set Up面板，Task選擇Geometry Optimization; Quality選擇Fine; Functional選擇GGA PBE; 使用TS色散矯正；Electronic面板中截斷能選擇Fine; SCF迭代選擇Fine; 膺勢法選擇Ultrasoft。Propeties面板選擇計算能帶和態(tài)密度，并點擊Calculate PDOS。 參數(shù)設置完成后點擊Run進行計算，優(yōu)化得到ZnO晶胞。

3 通過查閱文獻資料得到礦物在破碎、研磨等加工手段過程中在受到外力的作用下內(nèi)部會發(fā)生斷裂，而發(fā)生斷裂的部位為晶體內(nèi)部成鍵較弱的結構，因而形成的表面即為能量較低的完全解理面。因此，運用Build→Surface→Cleave Surface切割不同的表面，并運用Castep計算能量，得到ZnO（001）面為能量最小的表面即為完全解理面。

ZnO(001)面

4 運用Castep分別計算ZnO原胞和完全解理面的能帶和態(tài)密度，將得到的數(shù)據(jù)用Original畫圖得到兩者能帶、態(tài)密度對比圖。

ZnO                              ZnO(001)

能帶對比圖(左: ZnO原胞 右: ZnO(001)面)

       

ZnO態(tài)密度對比圖(左: ZnO原胞 右: ZnO(001)面)

由能帶對比圖可以得到氧化鋅原胞的能隙寬度0.76 eV，價帶頂和導帶底都位于G點，屬于直接帶隙的半導體材料。ZnO(001)面完全解理面的能帶圖由于原子數(shù)目的增多，導致能帶密度變大，導帶頂進入價帶底，仍屬于直接帶隙。

由態(tài)密度對比圖可知，氧化鋅總態(tài)密度由三部分組成，其中在-7～0 eV由O-2p以及Zn-3d軌道貢獻，其中Zn-3d軌道貢獻較大。對比ZnO態(tài)密度發(fā)現(xiàn)完全解理面在最高占據(jù)態(tài)處峰值升高，是因為O-2p以及Zn-3d在最高占據(jù)態(tài)貢獻，其中Zn-3d軌道貢獻最大。說明ZnO(001)面中Zn活性較大。

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