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atk:neb方法研究pt在pt表面的扩散 [2016/11/02 16:22] – [在Pt(100)表面创建吸附Pt原子] dong.dong | atk:neb方法研究pt在pt表面的扩散 [2018/03/20 22:21] (当前版本) – liu.jun | ||
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======NEB方法研究Pt在Pt表面的扩散====== | ======NEB方法研究Pt在Pt表面的扩散====== | ||
=====前言===== | =====前言===== | ||
- | 在本文中将演示如何使用 Nudged Elastic Band (NEB) 方法研究扩散及其能垒。作为范例,将计算 Pt 原子在 Pt(100) 表面两种不同扩散机制的能垒 < | + | 本教程演示如何使用 Nudged Elastic Band (NEB) 方法研究扩散反应及其能垒。作为范例,将计算 Pt 原子在 Pt(100) 表面两种不同扩散机制的能垒 < |
+ | 主要包含如下内容: | ||
* 创建并使用 ATK-Classical 优化 Pt 晶体结构; | * 创建并使用 ATK-Classical 优化 Pt 晶体结构; | ||
* 创建包含一个吸附 Pt 原子的 Pt(100) 表面; | * 创建包含一个吸附 Pt 原子的 Pt(100) 表面; | ||
行 8: | 行 9: | ||
* 分析结果并与文献对比。 | * 分析结果并与文献对比。 | ||
- | 关于构建、优化 NEB 计算的参数的更详细信息,请参阅[[http:// | + | 关于构建、优化 NEB 计算的参数的更详细信息,请参阅[[http:// |
- | <WRAP center | + | <WRAP center box 100%> |
=== 注意 === | === 注意 === | ||
- | NEB 方法需要用户对初始结构、末态结构以及路径进行预先设定,这通常是必须的。不过,使用其他非常强大方法,比如 | + | NEB 方法需要用户对初始结构、末态结构以及路径进行预先设定,这通常是必须的。不过,使用其他非常强大方法,比如 |
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{{ : | {{ : | ||
=====创建交换扩散过程的末态结构===== | =====创建交换扩散过程的末态结构===== | ||
- | 在本章中,将会设置Pt(100)面吸附Pt原子的交换扩散的末态结构< | ||
- | 在交换扩散过程中,其中一个表面的Pt原子被吸附的Pt原子替换,而该表面原子沿// | + | 在本章中,将会设置 Pt(100) 面吸附 Pt 原子的交换扩散的末态结构< |
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+ | 在交换扩散过程中,其中一个表面的 Pt 原子被吸附的 Pt 原子替换,而该表面原子沿 //[010]// 方向移动到下一个 4 原子包围的 Hollow 位,如下图所示: | ||
{{ : | {{ : | ||
- | 该路径从能量上,比吸附原子直接跳到近邻的// | + | 该路径从能量上,比吸附原子直接跳到近邻的 //Pt(100)// 面 hollow 位(见下一章)更有优势< |
- | 1,在**Stash**中左键点击// | + | 1,在 **Stash** 中左键点击 // |
- | 2,选择**Stash**中// | + | 2,选择 **Stash** 中 // |
{{ : | {{ : | ||
- | 3,在**Translate**面板,使用下图所示的平移矢量移动选中的原子: | + | 3,在 **Translate** 面板,使用下图所示的平移矢量移动选中的原子: |
{{ : | {{ : | ||
- | 4,选择吸附Pt原子,使用下图所示的平移矢量进行平移: | + | 4,选择吸附 Pt 原子,使用下图所示的平移矢量进行平移: |
{{ : | {{ : | ||
- | 5,通过这种方式,获得了**NEB**计算交换扩散过程的末态结构。 | + | 5,通过这种方式,获得了 **NEB** 计算交换扩散过程的末态结构。 |
{{ : | {{ : | ||
=====创建直接跳跃过程的末态结构===== | =====创建直接跳跃过程的末态结构===== | ||
- | 在本章中,将会设置另一个可能的// | + | 在本章中,将会设置另一个可能的 //Pt(100)// 表面的吸附 Pt 原子扩散过程的末态结构。在这种扩散过程中,吸附原子直接在两个相邻的 4 原子包围的 hollow 位间跳跃。 |
- | 1,在**Stash**中再次**Copy** // | + | 1,在 **Stash** 中再次 **Copy** // |
- | 2,选择**Stash**中的// | + | 2,选择 **Stash** 中的 // |
- | 3,在**Translate**面板,使用如下图所示的平移矢量进行,对吸附Pt原子进行平移。 | + | 3,在 **Translate** 面板,使用如下图所示的平移矢量进行,对吸附 Pt 原子进行平移。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 4, | + | 4, |
{{ : | {{ : | ||
+ | |||
+ | <WRAP center important 100%> | ||
+ | === 注意 === | ||
+ | 这两种方法创建的末态结构看上去是一样的,但是原子编号的顺序是不同的。由于NEB初始路径创建时,即使对于同种的原子也要按原子编号追踪每个原子移动的路径,因此,使用这两种末态结构创建的路径是完全不同的。 | ||
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=====构造NEB轨迹===== | =====构造NEB轨迹===== | ||
- | 本章演示如何产生沿着交换扩散反应路径的**NEB**各个构象.这也适合于直接跳跃的扩散路径,唯一的差别是在设置**NEB**轨迹的末态结构的时候,需要选取// | + | 本章演示如何产生沿着交换扩散反应路径的 **NEB** 各个构象.这也适合于直接跳跃的扩散路径,唯一的差别是在设置 **NEB** 轨迹的末态结构的时候,需要选取 // |
- | 1, | + | 1,点击 **Builder ‣ Nudged Elastic Band**,并将 // |
- | 2, | + | 2,在 **Nudged Elastic Band** 面板设置参数如下图所示: |
{{ : | {{ : | ||
- | 设置完毕之后,点击**Creat**,在**Stash**中创建一个名为// | + | 设置完毕之后,点击 **Create**,在 **Stash** 中创建一个名为 //“NEB: initial.nc final_exchanged.nc”// |
{{ : | {{ : | ||
- | <WRAP center | + | <WRAP center box 100%> |
- | 注意: | + | === 注意 |
- | + | **VNL** 中的 // | |
- | **VNL**中的// | + | |
</ | </ | ||
- | + | <WRAP center box 100%> | |
- | <WRAP center | + | === 注意 |
- | 注意: | + | |
可以对NEB的各个映像直接进行操作,例如可以: | 可以对NEB的各个映像直接进行操作,例如可以: | ||
* 选择特定映像并/ | * 选择特定映像并/ | ||
* 删除一个或多个映像,通过右键点击选中的任意两个映像,重新计算整个路径或两个选定映像之间的路径 | * 删除一个或多个映像,通过右键点击选中的任意两个映像,重新计算整个路径或两个选定映像之间的路径 | ||
- | * 将NEB映像中的某一个结构直接拖到Stash窗口 | + | * 将NEB映像中的某一个结构直接拖到 Stash 窗口 |
* 将任何一个兼容的结构拖到NEB映像中 | * 将任何一个兼容的结构拖到NEB映像中 | ||
- | * 使用Coordinate Tools下面的Mirror、Rotate、Translate工具编辑选中的原子。该操作将应用到所有映像或者选中映像 | + | * 使用Coordinate Tools 下面的 Mirror、Rotate、Translate 工具编辑选中的原子。该操作将应用到所有映像或者选中映像 |
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- | =====设置并运行NEB计算===== | + | =====设置并运行 NEB 计算===== |
- | 本章中学习如何设置并运行交换扩散过程的NEB计算。直接跳跃扩散过程与此类似。 | + | 本章中学习如何设置并运行交换扩散过程的 NEB 计算。直接跳跃扩散过程与此类似。 |
- | 1, | + | 1, |
- | 2, | + | 2,在 **Script Generator** 中,将 **Global IO** 面板中的**Default output file** 名字改为 // |
- | 3,将如下内容通过双击屏幕左侧**Blocks**面板里面对应的图标将其添加到**Script**栏: | + | 3,将如下内容通过双击屏幕左侧 **Blocks** 面板里面对应的图标将其添加到 **Script** 栏: |
* **New Calculator** | * **New Calculator** | ||
* **Optimization ‣ Optimize Geometry** | * **Optimization ‣ Optimize Geometry** | ||
- | 4,双击**Script**面板中的**New Calculator**,并修改如下参数: | + | 4,双击 **Script** 面板中的 **New Calculator**,并修改如下参数: |
- | * 在**Calculator**面板选择**ATK-Classical** | + | * 在 **Calculator** 面板选择 **ATK-Classical** |
- | * 在**Potential Settings**面板选择// | + | * 在 **Potential Settings** 面板选择 // |
- | 5,双击**Script**面板中的**Optimize Geometry**,并参照下图设置参数: | + | 5,双击 **Script** 面板中的 **Optimize Geometry**,并参照下图设置参数: |
{{ : | {{ : | ||
- | 6,点击{{: | + | 6,点击 {{: |
- | 7,在**Select Machine**窗口,确保**Machine**下拉菜单选择的是**Local**,然后按**OK**。 | + | 7,在 **Select Machine** 窗口,确保 **Machine** 下拉菜单选择的是 **Local**,然后按 **OK**。 |
+ | |||
+ | 8,在 **Job Manager** 中,确保脚本 // | ||
+ | |||
+ | <WRAP center tip 100%> | ||
+ | === 提示 === | ||
+ | 为了快速得到演示结果,这里选择了使用经验力场 ATK-Classical 计算能量和力并进行结构优化。实际研究中可以根据体系的特性和大小选择ATK-DFT、ATK-SE(Slater-Koster)等其他方法。也可以将结构导出使用 VASP 进行计算。 | ||
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- | 8,在**Job Manager**中,确保脚本// | ||
=====分析结果===== | =====分析结果===== | ||
- | 1,交换和直接跳跃两种扩散过程的**NEB**计算都完成之后,两个新的文件出现在**VNL**主窗口的**LabFloor**面板。本文中,二者分别名为// | + | 1,交换和直接跳跃两种扩散过程的 **NEB** 计算都完成之后,两个新的文件出现在 **VNL** 主窗口的 **LabFloor** 面板。本文中,二者分别名为 // |
{{ : | {{ : | ||
- | 2,打开// | + | 2,打开 // |
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- | 3,类似的打开// | + | 3,类似的打开 // |
- | 4,通过对比**Movie Tool**中的两个能垒(见下图),可以看到交换扩散到能垒和直接跳跃扩散能垒分别为// | + | 4,通过对比 **Movie Tool** 中的两个能垒(见下图),可以看到交换扩散到能垒和直接跳跃扩散能垒分别为 //0.589eV// 和 // |
<WRAP center round box 60%> | <WRAP center round box 60%> | ||
行 225: | 行 236: | ||
<WRAP center round box 100%> | <WRAP center round box 100%> | ||
- | 注意:通过[[http:// | + | 注意:通过 [[http:// |
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=====结论===== | =====结论===== | ||
行 232: | 行 243: | ||
=====参考文献===== | =====参考文献===== | ||
- | + | * [1] G.L. Kellog and P.J. Feibelman “Surface Self-Diffusion on Pt(001) by an Atomic Exchange Mechanism” Phys. Rev. Lett. 64, 3143 (1990) PhysRevLett.64.3143 | |
- | [1] G.L. Kellog and P.J. Feibelman “Surface Self-Diffusion on Pt(001) by an Atomic Exchange Mechanism” Phys. Rev. Lett. 64, 3143 (1990) PhysRevLett.64.3143 | + | |
- | + | | |
- | [2] P.J. Feibelman “Surface-diffusion mechanism versus electric field: | + | |
- | + | * 英文教程原文:http:// | |
- | [3] X.W. Zhou, et al. “Misfit-energy-increasing dislocations in vapor-deposited CoFe/NiFe multilayers” Phys. Rev. B 69, 144113 (2004) PhysRevB.69.144113 | + | |
- | + | ||
- | [4] Smidstrup et al. “Improved initial guess for minimum energy path calculations” J. Chem. Phys. 140, 214106 (2014) | + |