模拟计算方法课程-体结构建模

       在材料模拟计算中，确认结构文件是最重要的一步。这里我们先讲一下体结构建模的相关内容，从简单结构的手动输入、通用结构的数据库查询和XRD计算、借助网页生成不同倍晶胞。在计算低浓度的掺杂体系时，选择合理倍数、形状的超胞，可以有效避免周期边界条件导致的“镜像”相互作用，得到更为合理的缺陷形成能。

1. 简单结构的手动输入

       我们知道，多数金属单质在通常情况下都是以晶体结构存在，比如常见的体心立方（bcc）、面心立方（fcc）等。 以Ag为例，资料显示是fcc结构，晶格常数为4.09埃，其中原胞只包含一个原子，可以将坐标写成 [0 0 0]。对应的晶格矢量：

      在POSCAR1，中第1行是注释说明，无特别要求，第2行是晶格缩放系数，这里用了晶格常数，第3-5行分别是a1，a2，a3的分量，第6行是元素说明，这里只有Ag，第7行和第6行对应，分别写上元素对应的原子数目，第8行有Direct和Cartesian两种选择，分别对应是以晶格矢量为单位的坐标形式（分量范围都是0和1之间的数）和以笛卡尔坐标系的坐标形式。有时候为了方便，第2行取1，然后把晶格常数乘到晶格矢量，得到POSCAR2。

2. 数据库查询和XRD计算

      对于一般的体结构，我们可以在网页数据库https://www.aflow.org/找到相应的cif文件，然后用VESTA打开，在左上角菜单File/Export Data，选择保存类型(VASP(POSCAR;*.vasp)) 就可以直接转换为对应的POSCAR文件。点击搜索网页https://www.aflow.org/search/

     比如要找KCl结构，我们依次点击K和Cl，在of species 这里选择元素种类 = 2，点击search 将得到符合条件的数据：

这里主要有两类结构，分别对应221和225号空间群：

        其中225号空间群对应的是NaCl结构一致，网页中可以直接下载cif文件。用VESTA打开cif文件，左上方菜单Utilities/Powder Diffraction Pattern，点击Calculate得到对应的XRD谱，和书上一致：KCl和KBr在30度和40度都有明显的峰，而KBr在25度附近有一个小峰。关于XRD的计算原理详见固体物理相关书籍。

3. SAGAR网页的缩胞、扩胞功能

     在数据库下载的cif文件有时候对应的多倍晶胞或者惯用晶胞，我们可以通过网页

http://sagar.compphys.cn/sagar 的A2模块，将多倍晶胞转化为原胞。

    从原胞出发，可以按照文献的方法【Phys. Rev. B 77, 224115(2008)】生成不同倍数、不重复的所有晶胞， 对应的是网页的B1模块，这里选择是4倍晶胞的所有结构，体结构对应维度是3.

从Ag的原胞出发，我们可以找到7个体积为4倍的超胞：

在文本length_angles中可以看到，v-4-6这个结构，晶胞的三个角度都是90度，晶格矢量在三个方向都是相同长度，就是我们知道的惯用晶胞，对应的POSCAR如下：