该教程是CASTEP官方教程中有名的劝退教程。才读到开头就会发出这样的疑问：这是啥？这又是啥？为什么不能直接告诉我怎么算个吸附能就完事了？问题很简单就是涉及到的知识点不少。
为了让大家能够更容易接受和吸收，我自己往里面加了一些东西。限于篇幅，本教程将会分成2期推送。
教程目的：介绍使用CASTEP来计算气体在金属表面上的吸附能。
所用模块：MaterialsVisualizer, CASTEP
阅读时间：★★★☆☆
阅读难度：★★★★☆
预备知识：吸附模型相关知识
在本教程中，将研究CO在Pd（110）上的吸附。Pd表面在各种催化反应中起着至关重要的作用。了解分子如何与此类表面相互作用是了解催化反应的第一步。在本例中，密度泛函理论(DFT)模拟能促进这一理解，可以解决以下问题：
※ 分子吸附在何处？
※ 多少分子会吸附在表面上？
※ 什么是吸附能？
※ 吸附结构如何？
※ 吸附的机理是什么？
我们将关注一个吸附位点，即短桥位（the short bridge site），因为它是已知的能量优先位置。
大家如果不是研究吸附的，可能会对这个概念比较懵，这里我给大家找了个简图。
在1 ML覆盖度下，CO分子彼此排斥，从而阻止了它们与表面完全垂直对齐。
MonoLayer的缩写,ML,是覆盖度的单位。其表示的含义为吸附上的原子占基底原子的比例。例如基底是由100个原子组成的薄膜，它又吸附了100个其他原子在其表面形成一层新的薄膜,此时的覆盖度就是1.0(ML)
还是懵，那我再来一张图（AppliedSurface Science 257 (2011) 6878–6883）
以上不是MS原版教程中的内容，是我自己为了方便大家理解加进去的。如果还是不懂，就找书来看看吧，一般讲Langmuir 吸附的部分多少会提到这个。
我们将通过考虑一个（1×1）和（2×1）表面原胞来计算这种倾斜对化学吸附能的能量贡献。
Pd的bulk和Pd（110）表面的顶视图。（110）劈裂平面以蓝色突出显示。a0是体晶格常数，也称为晶格参数。
以下开始本教程实战部分
介绍：
在本教程中，将使用CASTEP优化并计算几个不同系统的总能量。一旦确定了这些能量，就可以计算Pd（110）上CO的化学吸附能。
本教程包含以下内容
1 Getting started（知道是什么意思，但依旧不知道该翻译成啥比较好）
2 优化Pd晶格
3 构建并优化CO
4 构建Pd(110)表面
5 弛豫Pd(110)表面
6 添加CO分子到1x1 Pd(110)表面并优化结构
7 建立并优化2 x 1 Pd(110)表面
8 能量分析
9 态密度分析
打开MS并创建一个新的project，打开New Project对话框，并且输入CO_on_Pd作为project名字。然后点击OK按钮。本教程包括五个不同的计算。为了使项目容易管理，应该一开始就在项目中建立五个子文目录。在Project Explorer中根目录图标上右击，选择New | Folder。重复该操作四次。在NewFolder上右击，选择Rename，输入Pd bulk。对其他文件夹重复这一操作，并将它们分别命名为Pd(110), CO molecule, (1x1) CO on Pd(110) and (2x1)CO on Pd(110)。Pd的晶体结构包含在Materials Studio提供的结构库中，直接导入即可。在Project Explorer中，右击Pd bulk目录，并选择Import...，定位到Structures/metals/pure-metals，找到并导入Pd.msi。在Pd 3D视图文件中右击，选择Display Style，在Atom选项卡上，选择Ball and stick，关闭对话框。从菜单栏选择Modules | CASTEP | Calculation。
晶体的晶胞优化，比采用默认设置执行的优化需要更精确的计算。将Task从Energy改为Geometry Optimization。几何优化的默认值不包含对晶胞的优化。点击More…按钮，在CASTEP GeometryOptimization对话框里，选中Optimize Cell。点击Run按钮。显示一个转换到primitive cell的消息框，点击Yes按钮。此处新版和老版有差别，我出差了本本中是老版的MS官方教程，是这样选择，新版怎么选择请看上一期教程，切记看文字描述部分Cell optimization中选择full。提交并开始运行。此时可以转入下一节，构建CO分子。但是在计算完成时应该返回这里以显示晶格参数。这句意思是，不要以为做计算化学就是整好输入文件就可以开心玩一周。你应该在计算等待的时间为下一步做准备，或者看看文献看看书当优化结束时，必须把原胞转换回常规晶胞表现形式，以便在第4步时构建Pd(110)表面。在Project Explorer中，打开位于Pd CASTEP GeomOpt目录下的Pd.xsd文件。从菜单栏选择Build | Symmetry | Conventional Cell。从菜单栏选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。保存是个好习惯，记不住的同学别担心，你会在某次宕机后记住的打开位于Pd CASTEP GeomOpt目录下的Pd.xsd文件。在3D视图中右击，选择Lattice Parameters。a值大约是3.940 Å，相比较实验值是3.89 Å然后关闭 Lattice Parameters对话框和Pd.xsd.CASTEP只对周期系统起作用，所以，为了优化CO分子的几何结构，必须把它放到晶格中。在Project Explorer中，右击CO molecule目录，选择New | 3DAtomistic Document。右击 3DAtomistic.xsd，选择Rename，输入CO，按回车键。此时显示一个空白的3D视图。从菜单栏选择Build | Crystals | Build Crystal。选择LatticeParameters 选项卡，把晶胞长度值a、b 和c都设为8.00，点击Build 按钮。在3D视图中显示一个空的晶胞。从菜单栏选择Build | Add Atoms打开添加原子的对话框CO分子中C-O键长通过实验测量为1.1283Å，如果我们通过使用笛卡尔坐标添加原子，可以很精确地按照这个键长值建立CO分子。在Add Atoms对话框中，选择Options选项卡。确保Coordinate system被设为Cartesian。选择Atoms选项卡，按下Add 按钮。在Add Atoms对话框上，把Element改为O。保留x和y的值为0.000，把z 值改为1.1283。点击Add 按钮。然后关闭对话框。从菜单栏选择Modules | CASTEP | Calculation在Setup选项卡上，点击More...按钮，取消选择Optimize Cell并关闭对话框。选择Electronic选项卡，把k-point设置由Medium改为Gamma。以后的教程会告诉大家k点是啥，以及这里为啥这么选取。现在就先照做完事了选择Properties选项卡，选择Density of states。把k-point 设为Gamma，勾选上Calculate PDOS。按下Run 按钮。这个算很快，先不着急分析数据，先整下一步。当然，保存操作还是要做的。在Pd bulk/Pd CASTEP GeomOpt目录中打开Pd.xsd文件。第一步是劈开表面，第二步是创建一个包含表面的真空层。从菜单栏选择Build | Surfaces | Cleave Surface。把Cleaveplane (h k l) 从-1 0 0 改为1 1 0，按TAB 键。增加Fractional Thickness值到1.5。点击Cleave按钮，关闭对话框。这步就是劈开表面此时打开一个新的3D 模型文件，它包含一个2D周期性表面。可是CASTEP需要一个3D周期性系统作为输入，它可以使用Vacuum Slab工具获得。想一下，我们为什么要2D结构，又是为什么要把2D表面做成3D模型？这个问题有点无厘头，细细想想你会感谢我这个傻问题从菜单栏选择Build | Crystals | Vacuum Slab。将Vacuumthickness值从10.00改为8.00，点击Build按钮。结构由2D周期改变为3D周期，并且有一个真空被加到原子的上方。在做接下来的事情之前，必须重新定位晶格。在3D视图中右击，从快捷菜单中选择Lattice Parameters，选择Advanced 选项卡，点击Re-orientto standard按钮，关闭对话框。此时改变晶格显示方式并旋转结构，使Z轴垂直于屏幕。在3D视图中右击，从快捷菜单中选择Display Style。选择Lattice选项卡。在Display style区域，将Style由Default改为Original。关闭对话框，按两次向上的方向键。
具有最大Z坐标的Pd 原子被称为“最高Pd层”（the uppermost Pd layer）。在本教程的后面，需要知道Pd的层间距d0，可以使用原子坐标计算它。从菜单栏选择View | Explorers | Properties Explorer。选择FractionalXYZ为x = 0.5和 y = 0.5的Pd原子。注意该原子的z值是指来自于XYZ属性的值。Z值应该约为1.391 Å，这是层间距。这个z值是指XYZ(笛卡尔)属性的z坐标，而不是FractionalXYZ值。大概就是下图那里（此图是未优化的Pd，所以数值和教程中不一样，我只是截个图）
注意：对fcc(110)系统，d0可以以下公式计算。
在弛豫表面之前，必须约束（constrain）Pd内部的原子，因为只需要弛豫表面。限制（restraint）、冻结（freeze）和约束的概念是不同的，请大家一定要注意按住SHIFT键，选中除了最顶层Pd原子之外的所有Pd原子。从菜单栏选择Modify |Constraints。选中Fix fractional position，关闭对话框。此时Pd内部的原子已经被束缚了，可以通过改变显示颜色查看被束缚的Pd原子。在3D视图中点击，以取消选择原子。右击选择Display Style。在Atom 选项卡中将Color by选项改为Constraint。
然后将Color by选项改回Element，关闭对话框。这个结构是做Pd(110)表面弛豫所必须的，同时也是(1x1)CO在Pd(110)表面优化的初始模型。从菜单栏选择File | Save As...，定位到Pd(110)目录，点击Save按钮。按住ctrl键然后拖拽这个文档进入(1x1) CO on Pd(110)文件夹中，并且重命名该文档为(1x1) CO on Pd(110)。然后选择File | SaveProject，然后then Window | Close All。
你 “在看” 我嘛