目的：介绍NMR CASTEP的功能以及显示各向同性屏蔽值的可视化工具的使用方法。

所用模块：Materials Visualizer、CASTEP、NMR CASTEP

前提条件：利用第一性原理预测AlAs的晶胞参数（Predicting the lattice parameters of AlAs from first principles）教程

背景

NMR CASTEP根据第一性原理预测了分子和固态材料的NMR化学屏蔽。基于密度泛函理论（DFT），NMR CASTEP提供了可以极高精度预测关键磁共振性质、NMR化学屏蔽和电场梯度（EFG）张量的方法。该方法可用于计算各种材料类别（包括有机分子、陶瓷和半导体）的分子、固体、界面和表面的NMR位移。利用第一性原理计算，研究人员可研究体系磁共振特性的性质和原理，而无需任何经验参数。

核磁共振经常被用作一种分析工具来帮助结构预测。固态结构的相对复杂性使得这是一项极具挑战性的任务。通常，即使了解了晶体结构的一般特征，详细分析几何结构仍然是较难实现的。使用NMR CASTEP可以模拟一系列相关结构的NMR谱，直到发现与实验结果相匹配的计算结果。这样，可以用理论辅助实验以确定结构。

注意：CASTEP中的NMR是需要独立许可证的NMR CASTEP模块的一部分。只有购买了此模块，才能执行NMR计算。

介绍

在本教程中，将使用NMR CASTEP将观测到的17O化学位移分配给L-丙氨酸晶体中的两个特定原子。将学习如何运行NMR CASTEP计算、在Materials Visualizer中显示及分析结果。

L-丙氨酸是一种结构简单的氨基酸。该单位晶胞包含4个分子，总共48个原子。有两种不同的氧位点。本教程将使用计算的NMR化学各向同性屏蔽值来区分它们。也可以使用实验手段区分这两种氧位置，但只能使用非常复杂的固态核磁共振仪。

本教程包括如下部分：

开始

运行NMR CASTEP计算

结果分析

将结果与实验数据进行比较

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新项目。

打开New Project对话框，输入NMR_alanine作为项目名，单击OK按钮。

新项目将以NMR_alanine为项目名显示于Project Explorer中。下一步是导入结构模型。

在菜单栏中选择File | Import...，打开Import Document对话框。导航至Examples\Documents\3D Model\文件夹，选择l_alanine.xsd文件。单击Open按钮。

即显示l_alanine文件。

L-丙氨酸的晶体结构

2、运行NMR CASTEP计算

首先打开L-丙氨酸的晶体结构。这是一种中子衍射晶体结构(Lehmann et al., 1972)。也可以从头开始构建这种晶体结构，并使用CASTEP对其进行优化。然而，使用实验得到的晶体结构，可以得到和DFT几何结构优化相当的结果，并节省计算时间。

在Modules工具条中单击CASTEP按钮后面的下拉箭头，然后从下拉列表中选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation。

打开CASTEP Calculation对话框。

CASTEP Calculation对话框Setup选项卡

将对结构进行能量计算，并计算NMR化学屏蔽张量。

确认计算任务Task为单点能Energy，泛函Functional为GGA PBE。将精度Quality更改为Ultra-fine。取消勾选Metal复选框（无法计算金属体系的化学屏蔽）。

注意：通常，计算的核磁共振结果对计算精度Quality敏感。为了获得与实验相当的结果，应使用超精细Ultra-fine计算精度Quality设置。该计算将比使用精细Fine或中等Medium计算精度花费更长的时间，但结果要可靠得多。

在Electronic选项卡，从赝势Pseudopotentials下拉列表中选择OTFG超软赝势OTFG ultrasoft。

计算磁屏蔽特性需要动态On the fly（OTFG）赝势。如果选择不同类型的赝势，则无法执行NMR计算。

现在，从Properties选项卡中选择要计算的性质。

在Properties选项卡上勾选NMR复选框，并确保选中Shielding和EFG复选框。

将计算核磁共振化学屏蔽和原子核处的电场梯度值。如果在远程服务器上运行计算，则可以使用Job Control选项卡指定服务器。

在Job Control选项卡，从网关Gateway下拉列表中选择一个合适的服务器。

单击Run按钮，并关闭对话框。

根据计算机的速度，NMR计算需要几分钟才能完成。或者，也可以在Examples文件夹中打开已计算好的结果，而不是自己运行计算，如下所述。

当计算运行时，Materials Studio界面中将发生如下变化。几秒钟后，Project Explorer中将显示一个新文件夹，该文件夹将包含计算完成后的所有结果。将显示Job Explorer，其中包含有关计算任务状态的信息。Job Explorer显示与此项目关联的所有当前正在运行的计算任务的状态。显示的信息包括服务器和计算任务标识号。如果需要，也可以使用此Job Explorer停止计算任务的运行。

随着计算任务的进行，将产生四个文档，显示有关计算任务状态的信息。这些文档包括晶体结构、一个运行状态文档（包含有关计算任务设置参数和运行信息）以及总能量及收敛性与迭代次数之间函数的图表。

计算任务完成后，文件将被传输回客户端，根据某些文件的大小，可能需要一些时间。

【系列教程】

Materials Studio官方教程：CASTEP――预测锗的热力学性质【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP――利用第一性原理预测AlAs的晶胞参数【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP――CO分子在Pd(110)表面的吸附【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP――计算铁磁性铁的声子谱【1】

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