如何使用FEFF计算材料属性

FEFF是一个用于计算激发光谱和电子结构的从头算多重散射代码。它基于真实空间的格林函数方法，包括屏蔽核心孔、非弹性损失和自能位移以及德拜-沃勒因子。可选地，FEFF包括局部场（TDLDA）和多电子激发的近似处理。光谱包括扩展x射线吸收精细结构（EXAFS）、x射线吸收近边结构（XANES）、x射线自然和磁性圆二色性（XNCD和XMCD）、自旋极化x射线吸收光谱（SPXAS和SPEXAFS）、非共振x射线发射光谱（XES）、康普顿散射、非共振非弹性x射线散射（NRIXS），以及x射线散射幅度（包括汤姆逊和异常部分）。此外，该代码还可以处理相对论电子能量损失谱（EELS）。FEFF9.6是用Fortran 90编写的，可以从基于Java的图形界面运行。

1. 概述

FEFF计算从两个基本任务开始：计算电势，然后计算散射相移。利用这些相移，可以找到散射路径并计算其散射振幅。有两种方法可以做到这一点：要么使用显式枚举和求和，适合扩展吸收光谱；或者使用适用于近边缘吸收光谱的全多次散射的隐式求和。之后，这些散射振幅被组合并处理成一种特定类型的光谱——目前是EXAFS、XANES、ELNES、EXELFS、XES、NRIXS、DANES、COMPTON或XMCD。

这些基本步骤中的每一个都对应于由一组“FEFF.inp”输入选项控制的少数FEFF程序模块。本文采用了更加面向用户的方法，分别讨论每种类型的光谱学，指出了哪些选项（卡）和程序模块与该类型的频谱相关，并给出了策略建议和示例。

用户花一些时间浏览FEFF发行版附带的“examples”文件夹。大多数用户会在~/jFEFF_examples中找到这一点。（如果你只安装了FEFF代码，示例在~/FEFF90/examples中。）这个文件夹包含几个测试用例，包括全部主要类型的光谱学。每个测试用例都带有一个输入文件“FEFF.inp”、一个引用输出文件“referencexmu.dat”或“referenceeels.dat”，以及一个包含整个计算和中间输出文件的归档文件“reference.zip”。新手用户可以访问FEFF：您只需要一个输入文件“FEFF.inp”，然后运行一个命令“FEFF”（或GUI中的“保存并运行”按钮）。

2. 运行FEFF

深入了解FEFF的基本结构。例如，可以改变许多参数，而不需要重新进行整个计算。如果模型（即原子位置）没有显著变化，通常不需要重新计算势。例如，如果要在路径扩展中添加更多路径，则可以使用模块路径重新启动计算，从而节省大量时间。如果要在EELS计算中更改波束方向，则只需要再次运行EELS模块。但是，对模型的重大更改需要重新运行整个计算。通常，pot、fms和genfmt需要花费大量时间，而全部其他程序模块都很快。对一种材料的研究通常需要进行多次计算，因为有一些参数需要收敛，例如全多次散射算法的截止半径。这些参数没有适用于全部材质的默认值。在EXAFS制度中，德拜-沃勒因素可能需要更多关注，但XANES制度可能不那么敏锐。需要一些实验才能找出对给定材料来说什么处理是足够的。

2.1 准备输入FEFF程序由一组由单个输入文件“FEFF.inp”驱动的程序模块组成。用户可以自己提供该文件；或者可以通过JFEFF GUI设置全部输入选项，该GUI运行FEFF而不需要手动文本编辑。（“FEFF.inp”是在后台创建的，以后可以编辑。）要准备FEFF输入，您必须回答四个问题：

1. 我正在模拟的材料是什么？

2. 我对什么光谱感兴趣？

3. 我希望FEFF如何进行模拟？

4. 我想跑FEFF的哪些部分？

问题1的答案需要了解结构。在大多数情况下，这意味着获得x、y、z Carthesian原子坐标和原子序数的列表。FEFF对原子的明确列表感到满意，例如分子、非周期系统或作为周期材料的近似。FEFF还可以读取“.cif”文件，这是一种被广泛接受的表示晶体数据的格式。在线数据库中的很多材料都可以找到此类文件，这些文件可以直接输入JFEFF GUI，也可以链接到“FEFF.inp”文件中。然后，还有一些第三方工具可以根据原子位置或晶体学信息为您设置“FEFF.inp”文件。一个例子是B.Ravel开发的网络原子；或者雅典娜计划。ICMPE提供了更多与FEFF兼容的晶体学工具。