Materials Studio详细资料大全

Materials Studio是美国Aelrys公司生产的新一代材料计算软体。

基本介绍中文名 ：无 外文名 ：Materials Studio 解释 ：模拟软体 生产商 ：美国Aelrys公司 用途 ：新一代材料计算软体,诞生背景,软体说明,模组, 诞生背景 美国Aelrys公司的前身为四家世界领先的科学软体公司――美国Molecular Simulations Inc.(MSI)公司、Geics Computer Group(GCG)公司、英国Synopsys Scient ific系统公司以及Oxford Molecular Group(OMG)公司，由这四家软体公司于2001年6月1日合并组建的Aelrys公司，是目前全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计以及化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软体供应商。 Aelrys材料科学软体产品提供了全面完善的模拟环境，可以帮助研究者构建、显示和分析分子、固体及表面的结构模型，并研究、预测材料的相关性质。Aelrys的软体是高度模组化的集成产品，用户可以自由定制、购买自己的软体系统，以满足研究工作的不同需要。Aelrys软体用于材料科学研究的主要产品包括运行于UNIX工作站系统上的Cerius2软体，以及全新开发的基于PC平台的Materials Studio软体。Aelrys材料科学软体被广泛套用于石化、化工、制药、食品、石油、电子、汽车和航空航天等工业及教育研究部门，在上述领域中具有较大影响的世界各主要跨国公司及著名研究机构几乎都是Aelrys产品的用户。 软体说明 Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软体。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种 *** 作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。 多种先进算法的综合套用使Materials Studio成为一个强有力的模拟工具。无论构型最佳化、性质预测和X射线衍射分析，以及复杂的动力学模拟和量子力学计算，我们都可以通过一些简单易学的 *** 作来得到切实可靠的数据。 Materials Studio软体采用灵活的Client-Server结构。其核心模组Visualizer运行于客户端PC，支持的作业系统包括Windows 98、2000、NT；计算模组（如Discover，Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等）运行于伺服器端，支持的系统包括Windows2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。浮动许可（Floating License）机制允许用户将计算作业提交到网路上的任何一台伺服器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网路资源。 任何一个研究者，无论是否是计算机方面的专家，都能充分享用Materials Studio软体所带来的先进技术。Materials Studio生成的结构、图表及视频片断等数据可以及时地与其它PC软体共享，方便与其他同事交流，并能使你的讲演和报告更加引人入胜。 Materials Studio软体能使任何研究者达到与世界一流研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。 模组 Materials Studio采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制台直接对计算参数和计算结果进行设定和分析。目前，Materials Studio软体包括如下功能模组： Materials Visualizer: 提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以 *** 作、观察及分析结构模型，处理图表、表格或文本等形式的数据，并提供软体的基本环境和分析工具以及支持Materials Studio的其他产品。是Materials Studio产品系列的核心模组。 Discover: Materials Studio的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学方法，以仔细推导的力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。 COMPASS: 支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并经验证的从头算力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、振动以及热物理性质。 Amorphous Cell: 允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度（CED）、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。 Reflex: 模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。 Reflex Plus: 是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。 Equilibria: 可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函式也可同时得到，还可计算单组分体系的virial系数。适用领域包括石油及天然气加工过程（如凝析气在高压下的性质）、石油炼制（重烃相在高压下的性质）、气体处理、聚烯烃反应器（产物控制）、橡胶（作为温度和浓度的函式的不同溶剂的溶解度）。 DMol3: 独特的密度泛函（DFT）量子力学程式，是唯一的可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程式，套用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、分子反应、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函式、熔解热、混合热等性质。 CASTEP: 先进的量子力学程式，广泛套用于陶瓷、半导体、金属等多种材料，可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、体系的三维电荷密度及波函式等。 比Cerius2更具有优点 Materials Studio软体比Cerius2具有以下优点： （1） Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软体。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种 *** 作平台。 （2） Materials Studio软体采用灵活的Client-Server结构。其核心模组Visualizer运行于客户端PC，支持的作业系统包括Windows 98、2000、NT；计算模组（如DiscoverAmorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等）运行于伺服器端，支持的系统包括Window s 2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。 （3） 投入成本低，易于推广。浮动许可（Floating License）机制允许用户将计算作业提交到网路上的任何一台伺服器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网路资源，减少了硬体投资。 模组详细介绍 基本环境 MS.Materials Visualizer 分子力学与分子动力学 MS.DISCOVER MS.COMPASS MS.Amorphous Cell MS.Forcite MS.Forcite Plus MS.GULP MS.Equilibria MS.Sorption 晶体、结晶与X射线衍射 MS.Polymorph Predictor MS.Morphology MS.X-Cell MS.Reflex MS.Reflex Plus MS.Reflex QPA 量子力学 MS.Dmol3 MS.CASTEP MS.NMR CASTEP MS.VAMP 高分子与介观模拟 MS.Synthia MS.Blends MS.DPD MS.MesoDyn MS.MesoPro 定量结构-性质关系 MS.QSAR MS.QSAR Plus MS.Dmol3 Descriptor 基本环境 ·MS Visualizer 提供了搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模型所需的所有工具，可以 *** 作、观察及分析计算前后的结构模型，处理图型、表格或文本等形式的数据，并提供软体的基本环境和分析工具以支持Materials Studio的其它产品。是Materials Studio产品系列的核心模组。同时Materials Visualizer还支持多种输入、输出格式，并可将动态的轨迹档案输出成avi档案加入到Office系列产品中。MS4.0版本增加了纳米结构模建、分子叠合以及分子库枚举等功能。 分子力学与分子动力学 ·MS.DISCOVER　Discover是Materials Studio的分子力学计算引擎。它使用了多种成熟的分子力学和分子动力学方法，这些方法被证明完全适应分子设计的需要。以多个经过仔细推导的力场为基础，Discover可以准确地计算出最低能量构象，并可给出不同系综 *** 系结构的动力学轨迹。Discover还为Amorphous Cell等产品提供了基础计算方法。周期性边界条件的引入使得它可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系。另外，Discover还提供强大的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力学量以及振动强度。 ·MS.COMPASS COMPASS是“Condensed-phase Optimized Molecular Potential for Atomisitic Simulation Study”的缩写。它是一个支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。它是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并验证的从头算力场。使用这个力场可以在很大的温度、压力范围内精确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的构象、振动及热物理性质。在COMPASS力场地最新版本中，Aelrys加入了45个以上的无机氧化物材料以及混合体系（包括有机和无机材料的界面）的一些参数，使它的套用领域最终包含了大多数材料科学研究者赶兴趣的有机和无机材料。你可以用它来研究诸如表面、共混等非常复杂的体系。COMPASS力场是通过Discover模组来调用的。 ·MS.Amorphous Cell Amorphous Cell允许你对复杂的无定型体系建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察体系结构和性质的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动、末端距和回旋半径、X光或中子散射曲线、扩散系数、红外光谱和偶极相关函式等。Amorphous Cell的特征还包括提供：任意共混体系的建模方法（包括小分子与聚合物的任意混合）、特殊的产生有序的向列型中间相以及层状无定型材料的能力（用于建立界面模型或适应粘合剂及润滑剂研究需要）、限制性剪下模拟、研究电极化和绝缘体行为的Poling法、多温循环模拟以及杂化的蒙特卡罗模拟。Amorphous Cell的使用需要Discover分子力学引擎的支持。 ·MS.Forcite 先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何最佳化。包含Universal、Dreiding 等被广泛使用的力场及多种电荷分配算法。支持二维体系的能量计算。MS4.0版本中可以进行刚体最佳化，同时还加入了分析 Discover 所产生的.arc和.his 轨迹档案的功能. ·MS.Forcite Plus 先进的经典力学模拟工具，能够进行能量计算、几何最佳化、动力学模拟。可对从简单分子到二维表面到三维周期等范围很广的结构进行上述 *** 作。一整套的分析工具可用来对诸如偶极相关等复杂性质进行分析。MS4.0版本中可以进行刚体最佳化，同时还加入了分析 Discover 所产生的.arc和.his轨迹档案的功能。 ·MS.GULP GULP是一个基于分子力场的晶格模拟程式，可以进行几何结构和过渡态的最佳化，离子极化率的预测，以及分子动力学计算。GULP既可以处理分子晶体，也可以计算离子性的材料。GULP可以计算的性质包括：氧化物的性质，点缺陷、掺杂和空隙，表面性质，离子迁移，分子筛和其他多孔材料的反应性和结构，陶瓷的性质，无序结构等，可套用于多相催化、燃料电池、核废物处理、蒸气电解、气体感测器、汽车尾气催化以及石油化工等诸多工业领域。 ·MS.Equilibria 使用独有的NERD力场来计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的气液、液液相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函式也可同时得到，还可计算单组分体系的二阶virial系数，临界常数和共存曲线可以通过Ising Scaling分析得到。适用领域包括石油及天然气加工过程（如凝析气在高压下的性质）、石油炼制（重烃相在高压下的性质）、气体处理、聚烯烃反应器（产物控制）、橡胶（作为温度和浓度的函式的不同溶剂的溶解度）。最新的版本中可计算的体系增加了：主要的醇类、硫化物、硫醇、氢化硫和氮气。 ·MS. Sorption 使用 Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) 方法预测分子在微孔材料 (如分子筛) 中的吸附性质，可用于吸附等温线、结合位、结合能、扩散途径及分子选择性的研究。 晶体、结晶与X射线衍射 ·MS.Polymorph Predictor Polymorph是一个算法集，目的是测定晶体的低能多晶型。此方法可以与实验衍射数据相关联或者仅仅使用材料的化学结构来实现此目的。 晶体的多晶型可能会导致不同的性质，因此判断哪种晶型更加稳定或者接近稳定态势非常重要的。在处理过程中微小的改变都会导致稳定性的大幅度变化。 Polymorph中的相似性挑选和聚类算法允许用户将相似模型归类，从而节省计算时间。 ·MS.Morphology 从晶体的原子结构来模拟晶体形貌。可以预测晶体外形，研发特殊效果的掺杂成分，控制溶剂和杂质的效应。 ·MS.X-Cell 已申请专利的X-Cell是一种全新、高效、综合、易用的指标化算法，它使用消光决定（extinction-specific）的二分法方法对参数空间进行详尽无遗的搜寻，最终给出可能的晶胞参数的完整清单。在许多情况下显示出比DICVOL、TREOR 和 ITO更高的成功率。X-Cell可以很好的处理粉末衍射指标化中的许多难点，如样品含有杂质相、峰位重叠、零点偏移、极端形状的晶胞等。 ·MS.Reflex 模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的谱图可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。粉末衍射指标化算法包括：TREOR90, DICVOL91, ITO and X-cell。结构精修工具包括Rietveld精修和Pawley精修。。 ·MS.Reflex Plus 在Reflex标准功能的基础上加入已被广泛验证的Powder Solve技术，提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜寻过程可以选用Monte Carlo模拟退火和Monte Carlo并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。 ·MS. Reflex QPA 利用粉末衍射数据及Rietveld方法进行定量相分析的强大工具，可以通过多相样品的粉末衍射图判定不同组成成分相对比例的。用于化学品或医药工业中有机或无机材料组成成分的确定。 量子力学 ·MS.DMol3 独特的密度泛函（DFT）量子力学程式，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程式，套用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、配分函式、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。基于内坐标的算法强健高效，支持并行计算。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设定，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以进行动力学计算。 ·MS.CASTEP 先进的量子力学程式，广泛套用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。可显示体系的三维电荷密度及波函式、模拟STM图像、计算电荷差分密度。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设定，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以计算固体材料的红外光谱。 ·MS.NMR CASTEP 通过第一原理DFT理论预测NMR化学位移和电场梯度张量。方法适于计算包括有机分子、陶瓷和半导体在内的众多类型材料的分子、固体、表面的NMR位移。 ·MS.VAMP 半经验的分子轨道程式，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一原理方法。快速的VAMP程式可以为DFT程式提供了良好的初始结构以便进行精确的结构最佳化。经DFT最佳化好的结构可以用VAMP来计算各种性质和光谱。VAMP还可以向分子动力学模拟提供参数。MS4.0 版本引入了ZINDO哈密尔敦函式，可计算包含过渡金属的有机金属体系的紫外光谱。 高分子与介观模拟 ·MS.Synthia 可快速预测高分子诸多性质的定量结构-性质关系软体包。对均聚物和无规共聚物可预测从迁移性质到力学性能的一系列性质。 ·MS.Blends Blends可用于预测溶剂和聚合物体系的可混合性，并且能够很好地给出这些体系在制造过程中的稳定性。这种模拟技术能够从二元混合物的化学结构预测出混合物的热力学性质，生成相图来确定稳定性区域。作为一个快速的筛选工具，Blends可以在缩减试验次数的同时开发出稳定的产品配方。 ·MS.DPD 耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics，DPD）是对包括全部流体动力学相互作用流体粒子体系进行模拟的动力学程式。势能的粗粒化处理方法使对较大时间和空间尺度体系的模拟成为可能。DPD采用周期边界条件使对无穷大体系的模拟更加有效。可以使用平面墙来研究体系受限所带来的影响，而Lees-Edwards周期边界可以用来模拟体系的剪应力过程。同时可以得到界面张力和临界胶束浓度等，也可以通过可视化界面或者数值结果来进行分析。 ·MS.MesoDyn MesoDyn是一个介等尺度动力学方法，用于研究跨越长时间过程的大体系。此方法使用源自化学组分梯度和朗文噪音的组分密度场方法。体系的微相分离、胶束和自组装过程都可以使用MesoDyn程式进行研究。在固定几何结构的剪应力和受限影响都可以进行研究。 MesoDyn的套用包括：涂料，化妆品，混合聚合材料，表面溶剂，复杂药物传输以及其它领域。 ·MS.MesoPro MesoProp是一个预测具有多组分纳米结构的材料的巨观性质的新工具，可以对聚合物、表面活性剂和连续相进行研究，从而套用于表面涂层、粘合剂、密封剂、人造橡胶、水泥、复合材料、凝胶和层压板材料等的开发工作。作为一个可以将纯组分和复杂混合物的性质联系起来的研究工具，MesoProp可套用于与嵌段共聚物、聚合物表面活性剂、纳米结构聚合物混合物以及膜界面上的物理作用等相关的配方设计和模拟研究。 定量结构-性质关系 ·MS.QSAR QSAR模组是一个全面的工具集，用于在实验信息（“活性”）和分子水平特征（“描述符”）之间产生统计回归模型。可以使用Materials Studio程式来计算分子的描述符，并在性质和描述符之间建立连线关系。这个数学模型可以用于对未知材料活性的预测。也可以包括那些处理条件和配方数据的描述符。模组的附加功能允许用户研究训练集的描述符和活性之间的差异性和相关性。 QSAR的描述符包含的范围很广。它可以使用Materials Studio其他模组的描述符，包括Forcite、VAMP和FAST描述符。这些描述符使得材料的各种性质得以精确模拟。除了基本的回归算法，还可以通过灵活的遗传算法（GA）。此方法是一个用于找出多元回归最小化的理想方法，在处理大数据集的时候有着很高的价值。此方法使用“适者生存”的理论来进行工作：那些对活性有影响的描述符可以进入到下一代中，而没有影响的则消亡。保留下来的正交描述符会产生更高精确度的模型。 · MS. QSAR Plus 在MS QSAR功能的基础上增加量化描述符以及神经网路算法。 ·MS.DMol3 Descriptor 使用量子力学模组DMol3计算得到的分子和周期体系的描述符，进一步扩展了QSAR的研究范围。这些与反应性相关的描述符包括原子的Fukui函式描述符，用来描述单个原子亲电性、亲核性以及对自由基反应的敏感程度；周期体系描述符包括晶格能和态密度描述符，能够很好地表征晶体的相关性质。

表面态是固体自由表面或固体间接口附近局部性的电子能态。由于固体表面原子结构不同于体内原子结构，使得表面能级既不同于固体体能带，也不同于孤立原子能级。半导体表面通常位于基本禁带中或禁带边缘附近，电子波函数在表面向内、向外都是衰减的。

塔姆（Tamm）态的概念最早是在1932年提出的。塔姆指出由于表面处晶格突然中断形成一阶跃势垒来描述一维半无限晶体中电子行为，且在真空区（Z0）仍具有布洛赫波性质。而且晶体布洛赫波函数与指数衰减波函数在表面处（Z=0）必须满足波函数及其一阶导数连续的条件，基于此条件解出能量表达式。当k取复数对应向体内方向衰减的定域在表面的电子态即塔姆态。

1935年Maue利用准自由电子（N.F.E）模型，用傅里叶级数展开晶体势函数，取波函数及其一阶导数在表面处连续的条件，证明波势k取复数时在晶带中有表面态存在条件。

1939年消克莱（Shockley）考虑具有两个终端的一维有限链晶体的电子态。并根据原子间距大小提出表面态存在条件。Shockley的研究表明，只有较低态是S态时才产生表面态（Shockley态）。它是由表面原子出现悬挂键而产生的本征表面态。

1939年戈德温利（Goodvain）用紧束缚（TB）模型，用原子轨道线性组合法（LCAO），同样由求解久期矩阵，得到表面态存在于能带的结论。

1947年巴丁（Bardeen）吉布尼发现，可以用一种电解质对半导体表面加电场来控制载流子。他们研究半导体锗的表面性质，把一只锗二极管浸在电解液里，并接上直流电源，发现有一部分电流是由锗表面附近的空穴流动而形成的。他们企图改进场效应的响应时间，却出乎意料地发现了晶体管效应。他们采用两根细金属丝与锗片的表面接触，两根丝分隔的距离很小时（0.005cm左右）发现一根丝与锗片之间有微小的电流变化，这就是晶体管的放大作用。由此他们两人发明了三极管，标志着现代电子技术的第二次飞跃。同时Bardeen提出了费米能级钉扎的概念。认为在半导体表面存在一些能级处理禁带中的本征表面态。它是半导体的费米能级在表面处钉扎在这些能级位置上，因而势垒在与金属接触前已经形成。不同功函数的金属与半导体接触不会明显改变势垒高度，这就是Bardeen模型。

1948年肖克莱和皮尔松（Pearson）为验证巴丁的假说设计了世界上最早的场效应实验装置。证明在表面电场的作用下，表面空间电荷的一部分会发生移动，但大部分不动，原因是这些电荷“陷阱”了表面态。

1957~1960年间，库特基和托马希克（Tomasck）等人用线性组合法（LCAO）较有成效地处理了理想晶体表面的各种局域态，发现肖克莱型表面态形成能带，其宽度很窄（0.2ev左右）。当表面势微扰相当强烈时表面态形成的能带会移到禁带中央以下。

1964年Pugh也采用线性组合法，完成了紧束缚模型的计算。计入了第一、二、三层近邻原子势的微扰作用，得到了金刚石（111）表面态能带的E~K关系，并计算了这种位于禁带中央附近的表面态能带态密度。发现表面态非常集中，在极窄的带宽中的状态占总数的90%以上。

1974年埃皮尔包姆（Appelbaum）和赫曼（Hamamn）对表面电子态的计算迈出了很重要的一步。他们采用了能很成功地计算体内能带的自洽赝势法，提出一种充分考虑表面上各种相互作用的表面势公式，反复协调表面势、表面电荷密度与表面能谱结构，对半导体表面电子结构进行了定量计算，取得了与实验一致性较好的结果。除此之外，Pandy和Phillips用LCAO方法对Si（111）表面态进行计算。得到与Appelbaum等用自洽赝势计算大致相符的结果。

还有Cohen等从另一角度，用自洽赝势方法计算表面能带。他们用无穷个十二层格点组成的薄片和真空薄片交替排列。这样组成的结构具有三维周期性，可以沿用计算三维晶体能带结构的方法。这种方法的优点是比较容易把表面的晶格重构考虑进去。后来，人们利用这种方法作了许多工作，并计算出各种表面重构的情况下系统的总能。从总能的极小值求出稳定的重构结构，并和实验进行比较得到了很好的结果。

自洽赝势方法用于表面计算的一个最新发展是Hybertsen和Louie用于准粒子方法来计算表面态。计算得到了As在Ge（111）面上形成的表面态与最近的角分辨光电子谱实验结果符合得十分好。说明准粒子方法不但可用于体能带的计算，而且在表面态的能量计算方面，也带来了很大的改进。

1977年Spicer等用光电子谱研究了CaAs半导体的表面电子结构。在CaAs（110）表面，As原子悬挂键被电子占据形成填满的表面带，而Ca原子的悬挂键则完全是空的，形成全空的表面带。表面吸附、外来原子或表面的不完整性（缺陷、台阶、杂质）都会产生表面态，被称为非本征表面态。近几年来，谢希德和同志们主要从事表面物理研究。对表面弛豫、表面吸附以及各种接口的研究取得了一定进展。他们用能量最低的原理研究CaAs（110）表面弛豫情况。通过一系列元素吸附前后表面结构的变化得出，CaAs（110）面费米能级的钉扎可能是由于吸附后表面驰豫减小，使表面态重新进入禁带的缘故，与法国和德国一些学派从实验角度得出的观点一致。国外原有的理论计算认为Cl只能吸附在Ge（111）面的三度开位上，而谢希德首次根据自己的计算提出Cl更可能吸附在Ge（111）面的顶位上。这一结论在1982年已为国外实验所证实。于是国际理论界重新做了计算，在1983年同意了他们关于Cl吸附在Ge（111）顶位的结论。除此之外他们还研究各种接口的电子态。由于硅化物具有较低的形成温度和较高的电导，大规模集成电路中有广泛的应用前景。因此她和同事们选择了镍硅化合物和硅界面为对象，做系统的理论研究，不仅搞清了镍在Si（111）和Si（100）表面吸附初始阶段的位置和电子特性，详细研究不同组分镍硅化合物的电子结构，得到镍硅化合物电子结构随组分的变化规律。这些研究能帮助人们了解表面的几何结构，外来原子或分子吸附引起的各种电子态的变化、电荷的再分布、化学键合等许多基本原理，是半导体表面电子态研究中的前沿。

很多作用，说实话，很简单一个例子就是1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼(Gerd Binning)和海•罗雷尔(Heinrich Rohrer)根据量子力学原理研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，简称STM）．STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为80年代世界十大科技成就之一．为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖．与其它表面分析技术相比，STM具有如下独特的优点： 1．具有原子级高分辨率，STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm，即可以分辨出单个原子． 2．可实时再现样品表面的三维图象，用于对表面结构的研究及表面扩散等动态过程的研究． 3．可以观察单个原子层的局部表面结构，因而可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置． 4．可在真空、大气、常温等不同环境下工作，样品甚至可浸在水和其它溶液中．不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤．这些特点特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过程中电极表面变化的监测等． 5．配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等． 6．利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和 *** 纵，这为纳米科技的全面发展奠定了基础． STM也存在因本身的工作方式所造成的局限性．STM所观察的样品必须具有一定的导电性，因此它只能直接观察导体和半导体的表面结构，对于非导电材料，必须在其表面覆盖一层导电膜，但导电膜的粒度和均匀性等问题会*图象对真实表面的分辨率．然而，有许多感兴趣的研究对象是不导电的，这就*了STM应用．另外，即使对于导电样品，STM观察到的是对应于表面费米能级处的态密度，如果样品表面原子种类不同，或样品表面吸附有原子、分子时，即当样品表面存在非单一电子态时，STM得到的并不是真实的表面形貌，而是表面形貌和表面电子性质的综合结果．量子技术即为利用量子理论形成新事物，改变现有事物功能、性能的方法。量子技术包括这三类要知素：量子经验性要素、量子实体性要素和量子知识性要素。量子经验性要素表明量子技术的使用也需要有人的经验的积累，但它并不构成量子技术的主道要性要回素，这一要素的作用可以忽略。量子实体性要素是量子知识性要素的载体，表现为量子技术人工物（量子技术客体）。量子知识性要素主要是指量子技术是量子力学和量子信息论等量子理论的应用。没有量子理论就不可能有量子技术，也不可能凭宏观的技术经验发明出量子技术人工物。答量子信息技术更是量子理论的产物。因此，量子技术必定是量子理论的应用

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