CASTEP概述
关于CASTAP CASTAP是特别为固体材料学而设计的一个现代的量子力学 基本程序，其使用了密度泛函(DFT）平面波赝势方法，进行第一 性原理量子力学计算，以探索如半导体，陶瓷，金属，矿物和沸 石等材料的晶体和表面性质。 典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研 究， CASTAP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。 此外， CASTAP可用于有效研究点缺陷（空位，间隙和置换杂质） 和扩展缺陷（如晶界和位错）的性质。
CASTAP动力学任务
CASTAP动力学任务允许模拟结构中原子在计算力的影响下将如何移动。 在进行CASTAP动力学计算以前，可以选择热力学系综和相应参数，定义模拟 时间和模拟温度。
选择热力学系综
对牛顿运动定律积分允许探索体系恒值能量表面（NVE动力学）。然而，在 体系与环境进行热交换条件下发生最本质的现象。使用NVT系综（或者是确定性 的Nosé 系综或者是随机性的Langevin 系综）可模拟该条件。
CASTAP能量任务
CASTAP能量任务允许计算特定体系的总能量以及物理性质。
除了总能量之外，在计算之后还可报告作用于原子上的力；也 能创建电荷密度文件；利用材料观测仪（Material Visualizer)允许目测电荷密度的立体分布；还能报告计算中 使用的Monkhorst-Park的k点的电子能量，因此在CASTAP分析 中可生成态密度图。 对于能够得到可靠结构信息的体系的电子性质的研究，能量任 务是有用的。只要给定应力性质，也可用于计算没有内部自由 度的高对称性体系的状态方程（即压力-体积，能量-体积关 系）。
几何优化处理产生的 模型结构与真实结构紧密 相似。利用CASTAP计算的 晶格参数精度列于右图。
状态方程计算 在所施加静压力下几何优化可用于确定材料的体模量B和对压力 的导数B‘=dB/dP。过程包括计算理论状态方程（EOS），该方程描 述单胞体积与外部静压力的关系。工艺非常类似于真实实验：使 用几何优化对话框中的应力列表将外部压力固定。通过进行几何 优化可以找到在此压力下的单胞体积。随后的P-V 数据分析与实 验研究精确一致。描述EOS选择分析表达式，其参数适于计算数 据点。最流行的EOS形式是三阶Birch-Murnaghan 方程： P-V 式中V0 为平衡体积。Cohen 等进行了EOS各种解析式的的 详细比较研究。 注意：从相应实验中获得的B和B‘值依赖于计算使用的压力值范 围。利用金刚石压砧获得的实验值通常在0-30GPa范围内，因此 推荐理论研究也在这个范围内。在研究中避免使用负压力值也 很重要。此外，用于生成P-V 数据序列的压力值可能是不均匀 的，在低压力范围要求更精确采样以便获得体模量精确值。
注意：具有内部自由度的体系中，利用几何优化（Geometry Optimization)任务可获得状态方程。
CASTAP中能量的默认单位是电子伏特(eV)，各种能量单位的换 算关系见Mohr.P.J(2000). 1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=9随原子数平方的增加而增加。因此，建 议用最小的原胞来描述体系，可使用 Build\Symmetry\Primitive Cell菜单选项来转换成原胞。
* 计算设置：合适的3D模型文件一旦确定，必须选择计算类型 和相关参数，例如，对于动力学计算必须确定系综和参数，包 括温度，时间步长和步数。选择运行计算的磁盘并开始CASTAP 作业。 * 结果分析：计算完成后，相关于CASTAP作业的文档返回用 户，在项目面板适当位置显示。这些文档的一些进一步处理要 求获得可观察量如光学性质。 CASTAP中选择一项任务 1 从模块面板（Module Explorer)选择CASTAP\Calculation。 2 选择设置表。 3 从任务列表中选择所要求的任务。
CASTAP几何优化任务
CASTAP几何优化任务允许改善结构的几何，获得稳定结构 或多晶型物。通过一个迭代过程来完成这项任务，迭代过程中 调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。 CASTAP几何优化是基于减小计算力和应力的数量级，直到 小于规定的收敛误差。也可能给定外部应力张量来对拉应力、 压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。在这些情况下反 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
CASTAP的任务
CASTAP计算是要进行的三个任务中的一个，即单个点的能量计算， 几何优化或分子动力学。可提供这些计算中的每一个以便产生特定的 物理性能。性质为一种附加的任务，允许重新开始已完成的计算以便 产生最初没有提出的额外性能。
在CASTAP计算中有很多运行步骤，可分为如下几组：
* 结构定义：必须规定包含所感兴趣结构的周期性的 3D模型文件，有 大量方法规定一种结构：可使用构建晶体（ Build Crystal)或构建真 空板(Build Vacuum Stab)来构建，也可从已经存在的的结构文档中 引入，还可修正已存在的结构。 注意： CASTAP仅能在3D周期模型文件基础上进行计算，必须构建超 单胞，以便研究分子体系。
Material Studio使用组件对话框中的CASTAP选项允许准备， 启动，分析和监测CASTAP服役工作。 计算：允许选择计算选项（如基集，交换关联势和收敛判据）， 作业控制和文档控制。 分析：允许处理和演示CASTAP计算结果。这一工具提供加速整体 直观化以及键结构图，态密度图形和光学性质图形。
几何优化方法 在默认条件下，CASTAP使用BFGS几何优化方法。该方法通 常提供了寻找最低能量结构的最快途径，这是支持CASTAP单 胞优化的唯一模式。 衰减分子动力学（ Damped molecular dynamics）方法是 另一种可以选择的方法，该方法对具有平滑势能表面的体系如 分子晶体或表面分子与BFGS同样有效。