2.1.5. Этапы расчета

1. Генерация углеродной нанотрубки в TubeGen 3.3.

2. Редакция полученной структуры, корректировка трансляционных векторов в GaussView.

3. Выбор технических параметров расчета: объема оперативной памяти, количества процессоров.

4. Выбор приближения расчета: базис, спиновые состояния.

5 Выбор количества точек вектора обратной решетки, для которых проводится расчет.

6. Сохранение параметров расчета в файле задания Gaussian.

7. Проведение расчета в Gaussian.

Использование простых базисных наборов для сложных структур ОУНТ вызывается в первую очередь техническими ограничениями. Также существуют и программные ограничения в Gaussian. Поэтому при некорректных параметрах расчета возможны ошибки.

2.2. Задания

Задание 1. Создание трехмерных моделей элементарных ячеек ОУНТ в комплексе TubeGen.

1. Открыть страницу через интернет-браузер, URL:

http://turin.nss.udel.edu/research/tubegenonline.html.

2. В поля “Chirality” ввести значения, равные индексам хиральности ОУНТ (0, 3).

3. В поле “Format” выбрать Gaussian (with PBC), здесь PBC – periodic boundary conditions.

4. Нажать кнопку “Generate”.

5. Сохранить полученные данные в файл CNT_0_3.gjf.

6. Удалить из файла 2 предпоследние строки, начинающиеся с “Tv”, т.е., не использовать трансляционные вектора перпендикулярные оси трубки.

7. Открыть файл CNT_0_3.gjf в GaussView. Для этого: запустить gview.exe, закрыть пустое окно нового файла (G1:M1:V1 – New), выбрать в меню File подменю Open, затем выбрать созданный в пункт 5 файл в стандартном диалоге операционной системы.

8. Убедиться в том, что полученная структура является элементарной ячейкой ОУНТ, для чего выбрать кнопку “Crystal editor” панели инструментов главного окна, перейти на вкладку “View”, ввести в поле “a” группы “Cell Replication” значение в диапазоне от 3 до 15 и нажать “Combine”.

9. Просмотреть полученную структуру, отменить трансляцию нажатием кнопки “Undo” на панели инструментов.

10. Выйти из gview.exe.

Задание 2. Подготовка файла к расчету в Gaussian.

1. Открыть файл, полученный в предыдущем задании, в gview.exe.

2. Выбрать подпункт “Gaussian”, пункта главного меню “Calculate”.

3. На вкладке “Method” для группы полей “Method” выбрать: ‘Ground State’, ‘DFT…’, ‘Default Spin’, “LSDA”. Для группы полей “Basis” выбрать ‘STO–3G’, ‘3–21G’ или ‘6–31G’ в зависимости от требуемой точности и быстроты расчета. В данном случае выбрать ‘3–21G’. Остальные поля оставить пустыми. В поле “Charge” выбрать 0, в поле Spin выбрать ‘Singlet’.

4. В многострочное поле Link 0 Commands на вкладке Link 0 ввести строки

%mem=100MW

%nproc=1

5. На вкладке “General” отметить пункт “Additional print”.

6. На вкладке “PBC” выбрать число точек зоны Бриллюэна, для которых будет проведён расчет (от 50 до 300) – в данном случае рекомендуется 100.

7. Закрыть диалоговое окно “Gaussian Calculation Setup”. В меню “File” выбрать “Save”, затем сохранить файл, сохраняя первоначальное имя (с перезаписью). Полученный в результате файл должен выглядеть следующим образом:

%mem=100MW

%nproc=1

#p lsda/3-21g pbc=nkpoints=100

(0,3) nanotube

0 1

C 0.71050000 -0.00000033 -1.21602250

C 1.44570700 1.05310667 -0.60801150

C 0.71050000 1.05310667 0.60801150

C 1.44570700 -0.00000033 1.21602250

C 0.71050000 -1.05310633 0.60801150

C 1.44570700 -1.05310633 -0.60801150

C 3.60191400 -0.00000033 -1.21602250

C 2.86670700 1.05310667 -0.60801150

C 3.60191400 1.05310667 0.60801150

C 2.86670700 -0.00000033 1.21602250

C 3.60191400 -1.05310633 0.60801150

C 2.86670700 -1.05310633 -0.60801150

Tv 4.31241400 0.00000000 0.00000000

Задание 3. Расчет в Gaussian.

1. Запустить g03w.exe.

2. В меню “File” выбрать “Open”, затем в открывшемся диалоговом окне нажать кнопку “Run”, подтвердить сохранение файла вывода OUT или LOG.

3. По завершении расчета открыть файл вывода. Найти последнюю группу строчек

Indirect gap

Max direct gap at k-point

Min direct gap at k-point.

Здесь число в эВ в первой строке соответствует минимальной непрямой ширине запрещенной зоне (основной результат расчета). Отрицательное значение подразумевает металлическую проводимость.

Число во второй строке – максимальная прямая ширина запрещенная зона. Число в третьей строке – минимальная прямая ширина запрещенной зоны.