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构建 Ag(100)-Au(111) 界面模型

VNL:界面建模工具

在该教程中,您将学会怎样使用材料界面建模工具,构建 Ag(100) 和 Au(100) 之间的界面。

假设您已经熟悉了 VNL 的基本功能。

提示

本教程使用特定版本的QuantumATK创建,因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别,请在学习时务必注意。

导入银和金的晶体结构

新建一个空的项目,命名为 “Ag_Au_interface”,打开 Builder

  1. 点击 Add From database 导入银和金的晶体结构到 Stash。
  2. 双击 Stash 区的银激活它。
  3. 展开右边面板的 Builders 分组。

构建 Ag(100) 和 Au(111) 表面

  1. 打开 Surface (Cleave) 工具。
  2. 数字列表项目采用默认晶面 (100),点击下一步。
  3. 选用默认最小的晶面布拉维晶格,点击下一步。
  4. 使用默认结构类型,即 v3(C 轴)在沿着 Z 方向上结构是周期性的。
  5. 点击 Finish

对金的晶体结构做同样的操作,但将其沿 (111) 方向切割。

构建界面

现在您已经构造了 Ag(100) 和 Au(111) 的超胞结构,下一步就是让它们结合成一个界面。为了达到这个目的,我们要打开面板栏 Builders 分组里的 Interface 插件。它有两个位置,分别将 Ag(100) 和 Au(111) 晶体放在第一个和第二个位置上。

VNL 会搜索这两个表面间所有可能的重复次数和旋转操作,以寻找到有最小应变的公共超胞。打开 Select Surface Cells 菜单,上方两张图显示了两晶体的被选定面。下方左侧图上有一些蓝色的圆点,每个点都代表着一个两晶体的公共超胞。

现在我们要来调整用于匹配晶体的算法。为了达到这一目的,需要打开 Set Matching Parameters 菜单。在这个菜单里,可以选择每个单元格重复的次数和扫描到的角度来形成匹配。增大 nmax 和 mmax 的值到 8 可以用较小的应力搜索到较大的超胞。然后点击 OK。

现在重新计算所有匹配的晶体。选择最接近左下角的蓝点,该点是具有较小超胞和较小应力的最优解。这个超胞包含 38 个原子,只有 0.47% 的平均应力。点击 Apply。

下一步,设定两晶体的相对位置。打开主界面 Builder 窗口的 Shift Surface 菜单。此处,既可以手动调整晶体间的相对位置,还可以用 ATK-ForceField 计算器模拟最佳距离。

  1. 选择 “EAM_Zhou_2004” 势。
  2. 勾选 Calculate energy 选项框。
  3. 点击 Calculate displacement

提示

在这个案例中有很多可供选择的势,如果您对任何一个都不熟悉的话,可以尝试不同的势并检验是否结果一致。

注意

对于 2017 之前版本的 ATK, ATK-ForceField 计算器可以在在名为 ATK-Classical 的分类下找到。

选择 Shift Surfaces 菜单,返回到主界面窗口。使用按钮增加 5 个银层和 3 个金层。检查一下,现在界面的左侧有 7 层,右侧有 6 层(提示:您可以用快捷键 Ctrl+r 调整图形窗口的大小)。点击 Create 生成结构。

提示

您可以在 The Interface Builder in VNL 的技术说明中了解更多 Interface Builder 的相关信息。

构建器件构型

最后一步是在界面结构的基础上创建器件构型。收起 Builders 分组,展开 Builder 面板的 Device Tools,选择 Device from Bulk。该工具将尝试通过查找重复匹配来确定电极长度。保持默认值,点击 OK。现在您已经完成了所有的设置。

使用 File 菜单或右键单击 Stash 里的文件将生成的结构保存到文件 Ag_Au_interface.py 中。

参考