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如何产生多组元材料候选结构?

2022-09-28 20:44 作者:不会武功的老师傅  | 我要投稿

       合理的结构建模是关键的,因为在成熟的密度泛函计算软件中,用户根据确定结构计算性质是相对容易的。对于晶体结构,可以通过相关的数据库网站(如AFLOW等)下载文件;对于分子结构,可以通过Avogadro免费软件得到xyz文件。但对于一些特殊的问题,比如在给定分子中,把部分原子替换成其他原子或者基团,如何生成可能的同分异构体?对于给定的体材料,如何生成不同形状、体积的超胞?把其中一类元素替换成其他元素时,如何得到不同浓度下对应可能的结构?类似问题都可以在以下网站中得到解决(点击对应位置的submit即可):

      http://sagar.compphys.cn/sagar

      相应的论文链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927025621001117

生成结构的输入

       以包含8个Si原子的惯用晶胞为例,我们将结构文件(这里是VASP对应的格式)贴入对话框,就可以产生不同数目、元素种类的原子替换的可能结构,做到不重不漏;可以将惯用晶胞转成原胞,生成不同体积、形状可能的超胞。

      模块A是结构基本信息分析:

结构对称性相关信息的提取

        A1返回结构对应的空间群;A2可以将多倍晶胞(惯用晶胞)转成原胞;A3是找到对应倒空间特征线的路径;A4返回对称操作表(在可能的对称操作下,不同位置之间的轮换关系),A5是判断有多少类互相等价的原子。其中A4和A5有晶体(crystal)和分子(molecule)可选;此外, precision是控制精度,因为坐标有舍入误差,precision太小容易把一些等价的位置误判为不等价。

     

多倍晶胞、表面结构的生成

       模块B是产生特定体积、形状的晶胞和指定晶向的表面:

       B1是产生指定体积的晶胞,维度可以选择是2或者3,这里枚举和去重的方法来自文献

Phys. Rev. B 77, 224115(2008)。如果选择是2维材料,默认c轴是真空。

       B2是产生指定晶向(在indices中输入)的表面结构;通过Vaccum控制真空层厚度(程序把结构居中,上下都加了真空),设置5对应真空厚度有10;通过Layers(1,5表示厚度从1层到5层)生成一系列厚度不同的表面结构。

       B3是生成特定的晶胞结构,因为晶胞的三个基矢都可以用原胞的基矢线性展开,而且系数都是整数,因此9个整数就确定一个特定的晶胞,修改这9个位置的数字即可。

替换结构的生成

       C1是针对体材料结构,比如要把结构的Si替换成B,insert和remove位置分别输入B和Si,下面输入原子个数,缺省则默认从0替换所有可能的Si原子;如果要把Si替换成不同数目的B和P,可以在insert输入B,P,在remove位置输入Si,在下面分别输入B和P的个数。如果要产生空位,就在insert位置输入Vac即可。

        C2是针对分子和团簇结构,参数含义和C1基本相同。

        C3是产生四面体填隙位的结构,比如我们在金属材料的四面体填隙位可以加入H原子,由于四面体中心距离不能太近,可以通过距离最小值来控制。

        C4是产生可能的磁构型,我们可以选择结构文件中出现磁矩的原子,可以设置初始的局域磁矩,选择是否只生成AFM结构。

        

其他相关的结构生成

D1是生成特定体积以内的合金结构,包括晶胞的遍历、同一晶胞下不同浓度的结构生成。

D2是对给定的结构按照维科夫位点数目分类。

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