这是本文档旧的修订版!
倘若这是定义材料维度的方式,那所有材料都是三维的,没有一、二维材料。
一般说的一、二、三维材料,是指在几个维度上具有周期性。一维材料是只在 X 方向有周期性,通俗的说,无限长;二维材料在 X、Y 两个方向有周期性,通俗的说,是一个无限大的面板,具有一定厚度;三维材料是指在 X、Y、Z 三个维度均有周期性,即长宽高无限大的块体。
三维、二维、一维周期边界,在 AMSinput 中 Periodicity 中分别对应 Bulk、Slab、Chain。
单胞指重复单元。对一维周期结构而言,单包是一个线段内的原子;二维材料的单包,由一个四边形围成区域内的原子;三维材料的单包是一个六边形盒子围成的区域内的原子。
对于 DFT 而言:
对基于力场的分子动力学而言:
盒子不是创建出来的。只要设置了周期性,Cell 就自然存在,只是默认不显示。如何显示“盒子”? View → Periodic → Show Unitcell
对已经创建好的模型,严禁在存在周期性的方向直接修改 Cell 的大小,否则与现有周期性不匹配。
如果是固相材料和分子混合的情况(在 ReaxFF 分子动力学模拟中常见),在添加分子前,可以修改 C 方向的尺寸,因为 C 方向添加了真空层。如果扩大 A、B 方向的尺寸,材料就成了周期排列的团簇,团簇之间存在空隙。如果缩小A、B方向尺寸,会导致原子重叠。
AMSinput → Model → Lattice 上半部分窗口,以 3✖3 矩阵的方式设置晶格,也可以在下半部分更直观地直接分别设置 A、B、C 与 α、β、γ 角,对于二维 Cell,可修改的是 2✖2 矩阵,或 A、B 与 γ;一维 Cell 只能修改 A 值(矩阵中第一个数字即 A)。
如果要改变密度或 Cell 大小,可以采用 NPT 系综压缩体积。压强不能太大,也不能太小,需要反复尝试。压强太大,压缩速度太快,会导致分子被撞碎;压强太小会导致压缩速度太慢。也可以用 NVT 系综迅速压缩,参考:【入门基础教程】创建高密度大分子固体、分子动力学压缩与拉伸
初学者不熟悉周期性边界条件,因此经常出现模型错误,有时候块体材料被创建成了纳米颗粒,有时候出现原子重叠,这两种问题通过周期边界条件的检查均可得到解决:AMSinput 右下角有四个圈的按钮,这个按钮是切换单/多周期显示(注意只是切换了显示的方式,并未改变模型)。可以清楚的看到是否出现了上述问题。
如果 Bulk 做成了这种周期性的团簇,算出来能带是一条条直线,变成了能级,具有了团簇特征。如果原子重叠,不管是 DFT 也好,力场分子动力学模拟也好,都无法正常计算,会报错 Atoms too close。
AMS2022 以及以前的版本中,大多数误解,都可以在该例第 2、3 条中得以澄清:低温弛豫发生化学键的断键/成键
AMS2023 用户可以修改周期边界的显示,从而避免上述误解,例如默认显示如此: 修改一下显示的方式,如此把这个完整的分子显示出来,超出 Cell 的部分用虚影显示:
如果选择 view outside,则会显示 Cell 外部一定距离的原子情况,用户可以自行尝试。