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atk:使用metadynamics动力学方法研究cu_111_中cu空位的扩散_plumed [2020/02/07 15:25] – [介绍] fermi | atk:使用metadynamics动力学方法研究cu_111_中cu空位的扩散_plumed [2020/02/07 15:50] (当前版本) – [分析结果] fermi | ||
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===== 理论背景 ===== | ===== 理论背景 ===== | ||
- | 在 Metadynamics 中,在几个选定的自由度相空间中构造了外部偏势能,$S$,通常称为变量集(CVs)< | + | 在 Metadynamics 中,在特定的自由度相空间中构造外加的歧视势能,$S$,这些特定的自由度通常称为综合变量(CVs)< |
$$S(R) = (S_1 (R), ..., S_d (R)).$$ | $$S(R) = (S_1 (R), ..., S_d (R)).$$ | ||
- | 势能是在时间 t 内,高斯函数沿 CV 空间中轨迹的积分。在文献 <color # | + | 势能是在时间 t 内,高斯函数沿 CV 空间中轨迹的积分。在文献 <color # |
$$V(S,t) = \int_{0}^{t} dt^{'} \frac{W}{\tau} \exp\left( -\sum_{i=1}^{d} \frac{(S_i (R)-S_i({R}(t^{' | $$V(S,t) = \int_{0}^{t} dt^{'} \frac{W}{\tau} \exp\left( -\sum_{i=1}^{d} \frac{(S_i (R)-S_i({R}(t^{' | ||
- | 这里,$\tau$ 是高斯函数积分的步幅,$\sigma_i$ 是在第 $i$ 个 CV中高斯函数的宽度,$W$ 是高斯函数的高度。偏势能的作用是使系统远离局部最小值,并使其能够访问相空间的新区域。 | + | 这里,$\tau$ 是高斯函数积分的步幅,$\sigma_i$ 是在第 $i$ 个 CV中高斯函数的宽度,$W$ 是高斯函数的高度。歧视势能的作用是使系统远离当前的局部极小值,并使其能够到达相空间的新区域。 |
===== Cu(111) 中 Cu 空位的 Metadynamics 动力学模拟 ===== | ===== Cu(111) 中 Cu 空位的 Metadynamics 动力学模拟 ===== | ||
行 34: | 行 34: | ||
在 {{: | 在 {{: | ||
- | * 设置弥勒指数为 <111> | + | * 设置 |
* 采用下图所示的表面晶格: | * 采用下图所示的表面晶格: | ||
- | {{ : | + | {{ : |
* 设置平面外晶胞矢量为“Non-periodic and normal (slab)” | * 设置平面外晶胞矢量为“Non-periodic and normal (slab)” | ||
* 设置厚度为 6 层,真空间隙为 10 Å。 | * 设置厚度为 6 层,真空间隙为 10 Å。 | ||
- | {{ : | + | {{ : |
接下来,删除最上面那层坐标为 $(x,y) = (0,0)$ 的原子(下图中红色部分),创造出一个空位: | 接下来,删除最上面那层坐标为 $(x,y) = (0,0)$ 的原子(下图中红色部分),创造出一个空位: | ||
- | {{ : | + | {{ : |
最后,点击 Selection Tools {{: | 最后,点击 Selection Tools {{: | ||
- | {{ : | + | {{ : |
===== 创建 Metadynamics 脚本 ===== | ===== 创建 Metadynamics 脚本 ===== | ||
- | 现在您已经准备好创建执行 | + | 现在您可以开始创建 metadynamics 模拟的脚本了。将结构从 **Stash** 发送到 {{: |
1.添加以下模块 | 1.添加以下模块 | ||
行 62: | 行 62: | ||
* {{: | * {{: | ||
- | {{ : | + | {{ : |
2.双击 {{: | 2.双击 {{: | ||
行 70: | 行 70: | ||
3.打开 {{: | 3.打开 {{: | ||
- | {{ : | + | {{ : |
4.最后,点击 **Add Constraints**,固定 Cu(111) 最下面已被标记的那 4 层。 | 4.最后,点击 **Add Constraints**,固定 Cu(111) 最下面已被标记的那 4 层。 | ||
- | {{ : | + | {{ : |
行 152: | 行 152: | ||
在以上输入中,// | 在以上输入中,// | ||
- | + | 其中有下面四个命令行: | |
- | 有下面四个命令行: | + | |
* // | * // | ||
- | * // | + | * // |
<WRAP center important 100%> | <WRAP center important 100%> | ||
=== 注意 === | === 注意 === | ||
- | 这个数值是根据 [[https:// | + | 这个数值是根据 [[https:// |
</ | </ | ||
行 192: | 行 191: | ||
除了标准的 **QuantumATK** 输出,在作业的最后您将获得 '' | 除了标准的 **QuantumATK** 输出,在作业的最后您将获得 '' | ||
- | 为画出自由能 $\mathrm{F}$ 关于变量集 $\mathrm{CV\ 1}$ 和 $\mathrm{CV\ 2}$ 的函数分布图,您首选必须利用 '' | + | 为画出自由能 $\mathrm{F}$ 关于综合变量 $\mathrm{CV\ 1}$ 和 $\mathrm{CV\ 2}$ 的函数分布图,首选要用 '' |
* '' | * '' | ||
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'' | '' | ||
- | {{ : | + | {{ : |
- | 上图显示了自由能分布关于变量集 $\mathrm{CV\ 1}$ 和 $\mathrm{CV\ 2}$ 的热图。可以看出,在自由能面上有两个极小值,对应于空位从一个位置到相邻位置的扩散。 | + | 上图显示了自由能分布关于综合变量 $\mathrm{CV\ 1}$ 和 $\mathrm{CV\ 2}$ 的热图。可以看出,在自由能面上有两个极小值,对应于空位从一个位置到相邻位置的扩散。 |
- | 模拟时间内变量集的演变可以输入以下命令运行脚本 [[https:// | + | 模拟时间内综合变量的演变可以用以下命令运行脚本 [[https:// |
'' | '' | ||
行 213: | 行 212: | ||
{{ : | {{ : | ||
- | 生成图展示了 $\mathrm{CV\ 1}$(红色) 和 $\mathrm{CV\ 2}$(蓝色)关于模拟时间函数的演变。可以看出,$\mathrm{CV\ 2}$ 对应于笛卡尔坐标 $y$,在固定值附近($\mathrm{CV\ 2} = 0 \mathrm{Å}$)振荡,因为两个自由能极小值都出现在相同的 $y$ 值处。相反地,$\mathrm{CV\ 1}$ 对应于笛卡尔坐标 $x$,表明模拟势从左边的极小值($\mathrm{CV\ 1} = -2.5 \mathrm{Å}$)开始。第一个极小值被填充直到接近 $2.2$ ns,然后系统移至第二个极小值($\mathrm{CV\ 1} = 0 \mathrm{Å}$)。第二个极小值也被填充后,大约在 6 ns 内,系统在两个极小值间的振荡概率相同,直到模拟结束。 | + | 生成图展示了 $\mathrm{CV\ 1}$(红色) 和 $\mathrm{CV\ 2}$(蓝色)关于模拟时间的函数演变。可以看出,$\mathrm{CV\ 2}$ 对应于笛卡尔坐标 $y$,在固定值附近($\mathrm{CV\ 2} = 0 \mathrm{Å}$)振荡,因为两个自由能极小值都出现在相同的 $y$ 值处。相反地,$\mathrm{CV\ 1}$ 对应于笛卡尔坐标 $x$,表明模拟势从左边的极小值($\mathrm{CV\ 1} = -2.5 \mathrm{Å}$)开始。第一个极小值被填充直到接近 $2.2$ ns,然后体系移至第二个极小值($\mathrm{CV\ 1} = 0 \mathrm{Å}$)。第二个极小值也被填充后(大约在 6 ns 内)系统在两个极小值间的振荡概率相同,直到模拟结束。 |
- | 自由能位垒也可以运行脚本 [[https:// | + | 自由能势垒也可以通过运行脚本 [[https:// |
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- | 结果显示位垒高度为 $0.647$ eV,与 <color # | + | 结果显示势垒高度为 $0.647$ eV,与 <color # |