GSAS软件操作简介

发布时间：2024-09-02

GSAS软件操作简介 GENERAL STRUCTURE ANALYSIS SYSTEM

目前常用的Rietveld结构精修软件有GSAS, Fullprof, Rietan, BGMN,

DBWS, WinPLOTR等等，其实他们的核心算法都是一样的。DBWS是最早的精修软件，但由于其是DOS操作界面，目前用户越来越少。而GSAS由于操作方便、界面友好、更新迅速而得到广泛使用。http://www.77cn.com.cn

GSAS有两个版本的软件，一个叫PC-GSAS，另外一个叫EXPGUI。PC-GSAS是Los Alamos National Laboratory的Allen C. Larson和Robert B. Von Dreele编写的，联系方式 Bob von Dreele - ，文章引用应标明：A.C. Larson and R.B. Von Dreele, "General Structure Analysis System (GSAS)", Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86-748 (1994).

PC-GSAS是基于人机对话的方式，操作起来稍显复杂。在这儿我们主要介绍EXPGUI。EXPGUI是B. H. Toby在GSAS的基础上编写的图形用户界面

（Graphical User Interface）程序，可以说EXPGUI囊括了我们所经常用到的大部分GSAS的功能，但不是全部。文章引用应标明：B. H. Toby, EXPGUI, a graphical user interface for GSAS, J. Appl. Cryst. (2001). 34, 210-213. 联系方式: Brian Toby - brian.toby@anl.gov

本文主要包括以下几个部分：

1．软件下载与安装

2．数据导入与模型建立

3．结构精修过程过程（背景函数，晶格参数，峰形参数，原子位置，温度因子，择优取向）

4．数据导出与处理

1．软件下载与安装

主页http://www.77cn.com.cnp14.ac.uk/solution/gsas/

下载地址：

http://www.77cn.com.cnp14.ac.uk/ccp/ccp14/ftp-mirror/gsas/public/gsas/

ftp://http://www.77cn.com.cnp14.dl.ac.uk/ccp14/ftp-mirror/gsas/public/gsas/

http://ccp14.sims.nrc.ca/ccp/ccp14/ftp-mirror/gsas/public/gsas/

作者编写了非常详细的使用说明文件：GSASManual.pdf，可以从网上下载： ftp://http://www.77cn.com.cnnl.gov/public/gsas/manual/GSASManual.pdf.

http://www.77cn.com.cnp14.ac.uk/ccp/ccp14/ftp-mirror/gsas/public/gsas/manual/GS

ASManual.pdf

EXPGUI可以运行在多种平台：Windows，Mac，UNIX，Linux，SGI。在Windows操作系统下面只要运行gsas+expgui.exe，按照提示就可以顺利完成安装。

2. 数据导入与模型建立

2.1 格式转换

GSAS可以处理中子衍射（飞行时间数据和固定波长数据）和X射线衍射。关于中子衍射可以参考GSASManual的实例，也可以随时随地按F1获得在线帮助。我们主要演示X射线粉末衍射数据的Rietveld拟合。

由于不同的衍射仪公司都有自己的数据格式，因此我们必要把不同公司的数据格式转换为GSAS的数据格式。Powder4程序可以完成数据转化。用Powder4打开衍射数据，然后保存为Gsas CW ESD 格式。

2.2 结构模型

下面以高温超导体YBa2Cu3O7-x为例讲述GSAS精修过程。YBCO的晶体结构如下所示，我们一步一步的建立这个结构模型。

运行EXPGUI.exe,选择文件存储路径和文件名，会跳出一个对话框，点Create,创建一个新的文件。出现如下所示的EXPGUI的主界面。

单击Phase按钮，建立结构模型，有几种不同的方法。

2.2.1 手动输入

点击Add Phase按钮，出现add new phase窗口，输入Phase title，空间群Pmmm，晶格常数a,b,c,α,β,γ。点Add按钮，没有错误的话添加完成，如果空间群输入有误则会提示。

接下来点add atoms按钮，出现add new atom对话框。输入每个原子的元素符号，名称，原子位置，占有几率，温度因子，最后点add atoms按钮完成

UX输入。

2.2.2

用CIF文件建立结构模型

Crystallographic Information File (CIF) 文件包含了晶体结构的所有信息。因此如果有CIF文件的话可以从CIF文件直接导入建立结构模型。CIF文件可以从ICSD数据库（）下载。

点击Add Phase按钮，出现add new phase窗口，点击Import phase from: 出现下拉菜单，选择CIF文件，然后找到CIF文件存放的地址，打开CIF文件就可以完成晶格结构和原子信息的输入。如果以前做过GSAS精修，那么也可

以选择GSAS .EXP file,从以前的结果中导入晶体模型。另外也可以使用其他几个格式文件输入晶体模型。

2.3衍射数据和仪器参数

点击Histogram按钮，再点Add new Histogram按钮出现add new

histogram对话框，在Data file中选择衍射数据文件YBCO.gsa,在Instrument Parameter file中选择仪器参数文件X:\GSAS\example\inst_xry.prm，此文件对应于Cu靶的X射线波长。点Add完成输入。

3．结构精修过程

完成以上步骤后就可以开始结构精修了。点击Genles就可以进行拟合，出现拟合结果窗口。

一开始默认拟合的有4个变量，一个是标度因子（Scale factor）,另外三个背景函数。可以在Histogram中修改背景函数（background）的类型和阶数。一般选用6阶多项式就足够。如果背景非常复杂，无法用函数拟合，还可以用Fit background graphically来手动设定背景。初始情况下得到的Rwp和Rp因子分别为45.83%和32.73%。接下来我们可以增加所需要拟合的变量。

首先可以把Phase选项中Refine cell打钩，这样就开始拟合晶格常数。接下来可以把Profile选项中拟合峰形函数。GSAS提供5种峰形函数，默认是type 2: pseudo-Voigt函数，它比较适合非对称X射线衍射峰形。主要参数有GU，GV，GW，trns（透射系数），asym（非对称系数），shft（样品偏移）等等。其他几种峰形函数可以参考说明书CW profile functions部分。这几个参数拟合下来Rwp就可以降到15%左右。

可以点工具栏liveplot查看拟合的结果

可以看到这时候的拟合结果还是比较粗糙的，实验值和计算值差别还是比较大。

点击LS Controls选项，可以修改循环迭代的次数Number of Cycles.如果发现拟合的结果比较跳跃，可以把Marquardt Damping

值改大一点，这样会减

缓收敛的速度，但不会出错。

接下来可以拟合原子位置。在Phase选项中选中需要拟合的原子，在

Refinement Flags中X表示原子位置，U表示温度因子，F表示占有几率，打钩

表示参与拟合。这些变量参与拟合后Rwp就可以下降到7%左右，已经得到比较好的拟合结果。

有些样品中存在择优取向的问题，可以在MD Pref Orient中加入择优取向的面参与精修。另外有些样品存在限制条件的问题，比如掺杂替代的样品，可以限制掺杂位置不变，这可以在Constraint选项中实现。

4. 数据导出与处理

4.1精修数据的导出

Liveplot画出的图形可以导出成EPS