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atk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数

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atk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数 [2019/03/26 21:10] – [沉积超薄氧化层调控银表面功函数] xie.congweiatk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数 [2019/03/26 22:19] (当前版本) – [参考] xie.congwei
行 32: 行 32:
 </WRAP> </WRAP>
  
 +
 +{{ :atk:introbar.png? 900 |}}
  
  
行 47: 行 49:
 ===== Ag(100) 和 MgO(100) 表面 ===== ===== Ag(100) 和 MgO(100) 表面 =====
    
 +按照以下步骤创建银和氧化镁块体：
 +
 +  * 打开 **Builder** {{:atk:builder.png?direct&25|}}，点击 Add {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Add From Database，找到数据库中的 “Silver” 并将其添加到 Stash。
 +  * 找到 MgO 并添加到 Stash。您现在应该在 Stash 中扩大构型：
 +
 +{{ :atk:builder12-20190326.png?750 |}}
 +
 +在本教程中，您将使用 PW91 交换关联函数进行 DFT 模拟，以便与文献 <color #00a2e8>[PMP08]</color> 中 Prada 等人的结果进行比较。PW91 中 Ag 的晶格常数为 4.16Å，因此将此值用于银的块体构型：
 +
 +  * 选择 Stash 里的 “Sliver”，打开 Bulk Tools {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Lattice Parameters 插件。
 +  * 确保在更改晶格时保留原子的分数坐标，并输入晶格参数为 4.16 Å。关上窗口。
 +
 +
 +{{ :atk:lattice_parameters3-20190326.png?500 |}}
 +
 +<WRAP center tip 100%>
 +=== 提示 ===
 +您还可以使用 PW9 1和 11x11x11 的 k 点简单地执行银块体构型的 DFT 几何优化，从而弛豫晶胞。对于晶格常数，这种更一般的方法的结果约为 4.16 Å。
 +</WRAP>
 +
 +接下来，构建 Ag(100) 表面：
 +
 +  * 利用 Builders {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Surface (Cleave) 工具沿银的 [100] 方向切割，点击两次 //Next//。
 +
 +{{ :atk:cleave11-20190326.png?650 |}}
 +
 +  * 为平面外晶格矢量选择 //Non-periodic and normal (slab)//，并将平板厚度设置为 5 层，顶部真空 15 Å，底部真空 5 Å。大的真空能够确保有效势可以在平板上方平稳地衰减到零。
 +
 +{{ :atk:cleave21-20190326.png?650 |}}
 +
 +按照相同的步骤创建一个 4 层的 MgO(100) 表面，然后将两个新的 Stash 项目分别重命名为 “Ag(100)” 和 “MgO(100)”。
 +
 +{{ :atk:builder21-20190326.png?700 |}}
  
 ===== Ag/MgO 界面 ===== ===== Ag/MgO 界面 =====
 +
 +
 +您现在应该使用 Builders {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Interface 插件构建 MgO(100)/Ag(100) 界面：
 +
 +  * 打开 Interface 插件，将 Ag(100) 和 MgO(100) 的构型拖拽到两个放置区域。请注意，第二个表面 （MgO） 会自动轻微变形 0.81％以使其与 //第一个// 表面 （Ag） 相匹配：
 +
 +{{ :atk:interface_1-20190326.png |}}
 +
 +  * Ag-MgO 间隔太大了。单击 **Shift Surfaces** 按钮并输入 -19.4 Å 的 z 向位移，以使 MgO(100) 平板更接近 Ag(100)。界面的间隔现在应为 2.7Å。请注意，O 原子在相对于 Ag 原子顶部的位置，因此您不必在 xy 平面中移动 MgO 平板：
 +
 +
 +{{ :atk:surface_shift-20190326.png |}}
 +
 +  * 关闭 Shift Surfaces 窗口，点击 Create 将界面添加到 Stash。
 +
 +
 +<WRAP center tip 100%>
 +=== 提示 ===
 +您可以在教程 [[https://docs.quantumwise.com/technicalnotes/interface_builder/interface_builder.html#interface-builder|The Interface Builder in QuantumATK]] 的技术说明中了解更过有关创建界面的更多信息。
 +</WRAP>
  
 ===== DFT 计算 ===== ===== DFT 计算 =====
  
 +如教程 [[https://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_ag_100/work_function_ag_100.html#work-function-ag-100|Computing the work function of a metal surface using ghost atoms]] 中所述，您需要在表面或界面上方添加“鬼原子”。功函数的计算需要对延伸到真空中的电荷密度进行非常好地描述，鬼原子正好可以保障这点。
 ==== 添加鬼原子 ==== ==== 添加鬼原子 ====
  
 +  * 选择最外面的 O 和 Mg 表面原子（一共是两个原子），然后单击 Builder 窗口顶部工具栏中的 {{:atk:ghost.png?25|}} 图标：
  
 +
 +{{ :atk:ghost2-20190326.png?750 |}}
 +
 +
 +  * 接下来，交换两个鬼原子的标识，使得 O 鬼原子在表面 O 原子之上，Mg 亦是如此。您只需选择一个（鬼）原子并使用上图中被环绕的 {{:atk:modifyelement02.png?25|}} 图标并从周期表中选择。
 +
 +{{ :atk:ghost21-20190326.png?600 |}}
 +
 +  * 最后，将构型发送到 **Script Generator** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}。
 ==== ATK-DFT 计算 ==== ==== ATK-DFT 计算 ====
 +
 +当表面之上晶胞边界的有效势为零时，功函数就被认为是化学势。Dirichlet 边界条件 （BC） 则用于强制执行这点。您还将计算有效势，以便直观地检验。按照以下所列方法设置所需的 DFT 计算：
 +
 +  * 变更默认输出文件名称为 ''MgO3LAg.nc''，并添加四个模块到脚本： {{:atk:calculator.png?direct&25|}} New Calculator, {{:atk:optimization.png?direct&25|}} OptimizeGeometry, {{:atk:analysis.png?direct&25|}} ChemicalPotential, and {{:atk:analysis.png?direct&25|}} EffectivePotential。
 +
 +{{ :atk:script3-20190326.png?800 |}}
 +
 +  * 打开 {{:atk:calculator.png?direct&25|}} New Calculator 模块，设置以下参数：
 +       * //k-point Sampling//：11x11x1;
 +       * //Iteration Control//：Tolerance = 10-5 Hartree;
 +       * //Exchange Correlation//：GGA.PW91;
 +       * //Basis set//：为 O 和Mg 选择DoubleZetaPolarized，Ag 为 SingleZetaPolarized。
 +       * //Poisson solver//:
 +           * 选择 FFT2D solver,
 +           * 在左 C 面选择 Neumann 边界条件,
 +           * 在右 C 面选择 Dirichlet 边界条件。
 +
 +
 +{{ :atk:exchange_correlation-20190326.png?800 |}}
 +
 +
 +{{ :atk:boundary_conditions-20190326.png?800 |}}
 +
 +
 +  * 下一步，打开 {{:atk:optimization.png?direct&25|}} OptimizeGeometry 模块并编辑。特别地，要确保在优化过程中约束 Ag(100) 平板底部和鬼原子：
 +      * 将 Force tolerance 降低到 0.01 eV/Å。
 +      * 点击 //Save trajectory//，输入 ''MgO3LAg.nc'' 作为文件名。
 +      * 单击 **Add Constraints**，选择底部的两个 Ag 原子和两个鬼原子。然后点击// Add tag from selection// ，为选中的原子 (Selection 0) 选择一个 //Fixed// 的限制。
 +
 +{{ :atk:optimize1-20190326.png?450 |}}
 +
 +{{ :atk:constraints-20190326.png?800 |}}
 +
 +保存脚本为 ''MgO3LAg.py''，并用 **Job Manager** {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} 执行。如有需要，您也可以在此处 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO3LAg.py|↓ MgO3LAg.py]] 下载最终的脚本。如果是在一个现代的笔记本电脑上连续执行计算，应该仅需要 5 分钟就可以完成。如果是用 4 个 MPI 进程并行执行，则可减少到 2.5 分钟。
 +
 +
 +
  
  
 ===== 分析结果 ===== ===== 分析结果 =====
  
 +OptimizeGeometry，ChemicalPotential 和 EffectivePotential 数据块现在应该已出现在 QuantumATK 的 **LabFloor** 上。
  
  
 +{{ :atk:labfloor4-20190326.png?550 |}}
 +
 +尝试选择 OptimizeGeometry 数据块，并通过单击 LabFloor 右侧的 **Viewer** 插件可视化弛豫轨迹。单击 {{:atk:arrow.png?direct&5|}} 按钮启动视频。确认受约束的 Ag 和鬼原子在弛豫期间确实是固定的。
 ==== 功函数 ==== ==== 功函数 ====
 +
 +
 +选择 ChemicalPotential 数据块，然后单击 **Show Text Representation** 插件以读取出计算得到的化学势为 -2.99 eV。
 +
 +因此，这种 3 层 MgO 在 Ag(100) 上的功函数为 2.99 eV，这与 Prada 等人在文献中报道的计算值 2.96 eV 非常一致<color #00a2e8>[PMP08]</color>。
 +
 +您还可以按照上述步骤构建 2L-MgO/Ag(100)，1L-MgO/Ag(100) 和 Ag(100) 系统。另一种方法是使用弛豫过的 3L-MgO/Ag(100) 构型作为其他系统的起点。这将减少弛豫这些系统所需的 BFGS 步数，从而节省计算时间。
 +
 +例如，创建 2L-MgO/Ag 系统，计算功函数：
 +
 +  * 在 LabFloor 上找到弛豫后的 3L-MgO/Ag(100)。它的标识 ID 为 //glD002//。
 +  * 将它转移到 Builder {{:atk:builder.png?direct&25|}}，重命名为'' MgO2LAg''。
 +  * 删除两个 O 和 Mg 鬼原子，将新的表面 O 和 Mg 原子转换为鬼原子。
 +  * 如上所述，交换 Mg 和 O 鬼原子。
 +  * 将构型发送到 **Scripter** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}，按照上文的描述设置计算。
 +
 +{{ :atk:mgo2lag-20190326.png?600 |}}
 +
 +
 +//表 4 计算得到的 PW91 功函数（eV）。对应的功函数差异为 wrt 是为了清除括号中的 Ag(100)。//
 +|            | QuantumATK    | Pada //et al.//<color #00a2e8> [PMP08]</color>  |
 +| Ag(100)    | 4.22          | 4.23                                            |
 +| 1L-MgO/Ag  | 3.31 (-0.91)  | 3.29 (-0.94)                                    |
 +| 2L-MgO/Ag  | 2.97 (-1.25)  | 2.95 (-1.28)                                    |
 +| 3L-MgO/Ag  | 2.99 (-1.23)  | 2.96 (-1.27)                                    |
 +
 +
 +可以在此处下载计算表中所有标记为 QuantumATK 的功函数所需要的脚本：[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/Ag100.py|↓ Ag100.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO1LAg.py|↓ MgO1LAg.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO2LAg.py|↓ MgO2LAg.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO3LAg.py|↓ MgO3LAg.py]]。
 +
 +
 +<WRAP center tip 100%>
 +=== 提示 ===
 +上表显示了 QuantumATK 与文献 （VASP） 中功函数计算之间具有良好的一致性。但是，如果计算设置发生变化，结果可能会改变。例如，SZP 基组是用于 Ag 原子的—— DZP 基组可能会给出略微不同的结果。所使用的赝势的类型也可能影响结果，并且在某些情况下可能需要更多的鬼原子。
 +</WRAP>
 +
 +
 +
  
  
行 68: 行 212:
 ==== 有效势 ==== ==== 有效势 ====
  
 +您已使用一组特定的边界条件进行功函数的计算——左 C 面上的 Neumann 和右 C 面上的 Dirichlet。您现在可以使用 **1D Projector** 插件显示计算中的平均有效势：
 +
 +  * 选择 LabFloor 上的 EffectivePotential 数据块，然后点击 1D Projector 插件。
 +  * 选择使用 Average 投影类型沿 C 轴投影，然后单击 **Add line** 绘制投影：
 +
 +{{ :atk:effective_potential-20190326.png?850 |}}
 +
 +Ag(100) 和 MgO(100) 区域的有效势明显不同。此外，两个不同 BC 的影响从超胞两端的势值和斜率就可以非常清楚地看出：
  
 +  * 左 C 面上的 Neumann BC 在边界上施加了有效势的零斜率，但不限制边界上的势的实际值。
 +  * 相反，右 C 面上的 Dirichlet BC 迫使边界上的有效势为零，并且在真空区域中斜率恰好为零。
 ===== 1D 投影插件 ===== ===== 1D 投影插件 =====
  
 +1D 投影可用于将各种 3D 网格数据投影到 1D 表示。这非常有助于实现可视化的目的，适用于 QuantumATK 网格对象（参见方框）的较广范围。
  
 +常用的 QuantumATK 网格对象：
 +BlochState，EffectivePotential，Eigenstate，ElectronDensity, ElectronDifferenceDensity，ElectrostaticDifferencePotential，ExchangeCorrelationPotential，ExternalPotential，LocalDeviceDensityOfStates，TransmissionEigenstate，ElectronLocalizationFunction。
 +
 +
 +插件小程序中提供了几个选项：
 +
 +**Grid**
 +
 +您可以打开投影工具，在 LabFloor 上选择多个对象，将它们彼此相邻绘制。在这里，您可以选择要绘制哪一个。
 +
 +**Axis**
 +
 +选择您想要要投影 3D 数据网格的方向。
 +
 +**Projection type**
 +
 +对垂直于所选方向的平面中的所有数据求和或求平均值。您还可以沿着穿过特定投影点的直线绘制单个值。
 +
 +**Projection point**
 +
 +在分数坐标中指定选择投影类型为 Through point 时使用的投影点。
 +
 +**Spin projection**
 +
 +在自旋极化计算的情况下，共线或非共线，您可以选择特定的旋转投影。
 +
 +**Add line**
 +
 +上述选项指定后，单击此按钮可在窗口右侧绘制投影。您可以在同一个图中添加更多投影。
 +
 +**Remove line**
 +
 +在 Projection Plot 窗口中选择一行，然后单击以从图中删除这条线。
 +
 +**Clear plot**
 +
 +从绘图中删除所有线条。
 +
 +**Line Info**
 +
 +显示了与当前所选绘图线/点相关的一些有用信息。请注意，该图是交互式的。单击绘图的任意点可以输出相应的信息。
 +
 +**Projection Plot**
 +
 +右键单击可缩放，自定义或将数据导出到文件。
 ===== 参考 ===== ===== 参考 =====
  
  
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 +
 +  * 英文原文：[[https://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_tuning/work_function_tuning.html|https://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_tuning/work_function_tuning.html]]
  
  
  
  
atk/沉积超薄氧化层调控银表面功函数.1553605854.txt.gz · 最后更改: 2019/03/26 21:10 由 xie.congwei

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