CASTEP软件包：优化计算化学研究的工具

CASTEP（Cambridge Sequential Total Energy Package的缩写）为一个商业软件包，它始于剑桥大学卡文迪许实验室凝聚态理论研究组开发的一系列基于密度泛函方法的第一性原理计算的量子力学程序。CASTEP属于Accelrys公司开发的商业软件Materials Studio软件中的一个用来计算和分析晶体结构的模块。它应用密度泛函理论，模拟计算各种材料（包括陶瓷、半导体、金属和生物系统）的体性质以及表面和界面的性质。它采用赝势平面波方法，密度泛函理论可以选用局域密度近似或广义梯度近似，能够计算材料的系统总能量，原子间的相互作用力及材料的应力，对材料结构参数进行优化计算，进行分子动力学模拟研究，计算材料的弹性常数、晶格常数、能带结构、电子态密度、电荷密度分布、电子波函数以及光学性质。该程序可以在包括Windows和Linux等多种操作系统上运行，并且程序不断被更新。

CASTEP实现运算的具体理论有：

1）离子-电子之间相互作用采用赝势来表示。

2）超晶胞的周期性边界条件。

3）平面波基组描述体系的电子波函数。(www.xing528.com)

4）采用快速傅里叶变换（FFT）对体系哈密顿量进行数值化计算。

5）体系电子自洽能量最小化采用了迭代计算的方案。

6）采用交换-相关函数实现DFT的计算。

CASTEP使用的是总能量平面波赝势方法，结合赝势和平面波基组的应用，使得对体系中所有原子上的力的计算极为容易。这就使得对分子固体表面以及界面的离子构型的有效优化成为可能。CASTEP之所以功能如此强大的首要原因在于其求解电子方程的方法。