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使用DFTB-MD模拟银表面甲醇分子吸附的动力学过程

DFTB-MD适用于三维、二维、一维周期性体系,本例是一个二维体系。本例包含32个银原子,一个甲醇分子,使用精确度较高的SCC-DFTB方法,模拟步数为3000步,在双核Mac Book Pro计算耗费时间约为19分钟。

建模

点击ADFinput右上角的🔍符号,输入silver,搜索软件自带的Ag晶体。

转为常用单胞:

点击AMSinput窗口底部的四边形按钮(该按钮用于切割表面),作为演示,我们设置切面米勒指数为111,厚度为2层。切出这个表面之后,体系的周期性变成了二维,原子沿着xy平面无限延伸,z方向上下为半无限大的真空,因此Main面板中Periodicity自动变为Slab(Bulk为三维周期性,Chain为一维周期性)。

我们希望做一个大一些大超胞,例如2*2:点击ADFinput窗口底部大❄️状按钮 → Generate Super Cell → 对角线上两个数字修改为2(BAND也支持非整数超胞,点击Preset即可选择)。这样就得到一个单胞包含32个银原子的二位无限大银薄膜。在表面画一个甲醇分子。

参数设置

如下图:

说明:

点击Task:Molecular Dynamics后面的 > 图标,可以对分子动力学进行详细设置,例如:设置模拟30000步,步长为0.25fs,每个10步保存一次原子轨迹:

点击Thermostat后面的>按钮,设置温度。如果只设置温度则为NVT系综,如果设置温度的同时设置Barostat则为NPT系综。

NPT系综,一般建议在原子个数非常多,例如几万原子的情况下才使用。否则压强涨落太剧烈,可以达到几千MPa,原子个数越多,涨落越小,这本身也是符合物理事实的。

其中Thermostat是实现NVT系综的算法,可以选择NHC。恒温:温度如果只设置了一个,则不需要设置Duration(s),整个模拟过程都是该温度

如果要实现温度变化:

总之,Duration(s)的数字个数比温度的数字个数少1个。如上图所示的设置,表示:起始温度298K,经历3000步升温到1300K,然后保温3000步,然后经历3000步升温到4300K,然后保温20000步,然后经历3000步降温到298K,298K直到结束。

结果查看

SCM LOGO → Movie,点击窗口底部的播放按钮,可以看到原子的运动轨迹:

如果不是表面体系吸附,而是纯粹的分子混合物体系,则Movie中的MD Properties选项会多很多,包括Molecules可以显示分子数量变化曲线:

Movie - MD properties - Reaction Event Detection,可以分析单步反应(基元反应):

之后点击Process,处理完毕之后,点击Browse即可在网页中看到分析信息: