模擬計(jì)算方法課程-體結(jié)構(gòu)建模
? ? ? ?在材料模擬計(jì)算中，確認(rèn)結(jié)構(gòu)文件是最重要的一步。這里我們先講一下體結(jié)構(gòu)建模的相關(guān)內(nèi)容，從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的手動(dòng)輸入、通用結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和XRD計(jì)算、借助網(wǎng)頁(yè)生成不同倍晶胞。在計(jì)算低濃度的摻雜體系時(shí)，選擇合理倍數(shù)、形狀的超胞，可以有效避免周期邊界條件導(dǎo)致的“鏡像”相互作用，得到更為合理的缺陷形成能。
1. 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的手動(dòng)輸入
? ? ? ?我們知道，多數(shù)金屬單質(zhì)在通常情況下都是以晶體結(jié)構(gòu)存在，比如常見(jiàn)的體心立方（bcc）、面心立方（fcc）等。?以Ag為例，資料顯示是fcc結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為4.09埃，其中原胞只包含一個(gè)原子，可以將坐標(biāo)寫(xiě)成?[0?0?0]。對(duì)應(yīng)的晶格矢量：
? ? ? 在POSCAR1，中第1行是注釋說(shuō)明，無(wú)特別要求，第2行是晶格縮放系數(shù)，這里用了晶格常數(shù)，第3-5行分別是a1，a2，a3的分量，第6行是元素說(shuō)明，這里只有Ag，第7行和第6行對(duì)應(yīng)，分別寫(xiě)上元素對(duì)應(yīng)的原子數(shù)目，第8行有Direct和Cartesian兩種選擇，分別對(duì)應(yīng)是以晶格矢量為單位的坐標(biāo)形式（分量范圍都是0和1之間的數(shù)）和以笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)形式。有時(shí)候?yàn)榱朔奖?，?行取1，然后把晶格常數(shù)乘到晶格矢量，得到POSCAR2。
2. 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和XRD計(jì)算
? ? ? 對(duì)于一般的體結(jié)構(gòu)，我們可以在網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)https://www.aflow.org/找到相應(yīng)的cif文件，然后用VESTA打開(kāi)，在左上角菜單File/Export Data，選擇保存類型(VASP(POSCAR;*.vasp)) 就可以直接轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的POSCAR文件。點(diǎn)擊搜索網(wǎng)頁(yè)https://www.aflow.org/search/
? ? ?比如要找KCl結(jié)構(gòu)，我們依次點(diǎn)擊K和Cl，在of?species?這里選擇元素種類?=?2，點(diǎn)擊search?將得到符合條件的數(shù)據(jù)：
這里主要有兩類結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)221和225號(hào)空間群：
? ? ? ? 其中225號(hào)空間群對(duì)應(yīng)的是NaCl結(jié)構(gòu)一致，網(wǎng)頁(yè)中可以直接下載cif文件。用VESTA打開(kāi)cif文件，左上方菜單Utilities/Powder?Diffraction?Pattern，點(diǎn)擊Calculate得到對(duì)應(yīng)的XRD譜，和書(shū)上一致：KCl和KBr在30度和40度都有明顯的峰，而KBr在25度附近有一個(gè)小峰。關(guān)于XRD的計(jì)算原理詳見(jiàn)固體物理相關(guān)書(shū)籍。
3. SAGAR網(wǎng)頁(yè)的縮胞、擴(kuò)胞功能
? ? ?在數(shù)據(jù)庫(kù)下載的cif文件有時(shí)候?qū)?yīng)的多倍晶胞或者慣用晶胞，我們可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)
http://sagar.compphys.cn/sagar?的A2模塊，將多倍晶胞轉(zhuǎn)化為原胞。
? ? 從原胞出發(fā)，可以按照文獻(xiàn)的方法【Phys. Rev. B 77, 224115(2008)】生成不同倍數(shù)、不重復(fù)的所有晶胞，?對(duì)應(yīng)的是網(wǎng)頁(yè)的B1模塊，這里選擇是4倍晶胞的所有結(jié)構(gòu)，體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)維度是3.
從Ag的原胞出發(fā)，我們可以找到7個(gè)體積為4倍的超胞：
在文本length_angles中可以看到，v-4-6這個(gè)結(jié)構(gòu)，晶胞的三個(gè)角度都是90度，晶格矢量在三個(gè)方向都是相同長(zhǎng)度，就是我們知道的慣用晶胞，對(duì)應(yīng)的POSCAR如下：
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