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atk:neb方法研究pt在pt表面的扩散

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atk:neb方法研究pt在pt表面的扩散 [2016/11/02 16:30] – [创建直接跳跃过程的末态结构] dong.dongatk: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 <sup>[1][2]</sup>。主要包含如下内容：+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 <sup>[1][2]</sup>。尤其值得一提的是，VNL中提供了高质量的、方便易用的NEB初始反应路径创建工具，能够创建更合理的NEB初始路径，大幅减少NEB优化步数和时间，详见【[[http://www.fermitech.com.cn/vnl-atk/neb-better-initial-guess/|更合理的NEB初始路径猜测]]】。 
 +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；
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   * 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://www.quantumwise.com/documents/manuals/ATK-2015.beta/ReferenceManual/XHTML/index.html|ATK manual]]，尤其是关于[[http://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.nudgedelasticband.html|NudgedElasticBand]]一节，以及[[http://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.optimizenudgedelasticband.html|OptimizeNudgedElasticBand]]功能。+关于构建、优化 NEB 计算的参数的更详细信息，请参阅[[http://www.quantumwise.com/documents/manuals/ATK-2015.beta/ReferenceManual/XHTML/index.html|QuantumATK manual]]，尤其是关于[[http://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.nudgedelasticband.html|NudgedElasticBand]]一节，以及[[http://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.optimizenudgedelasticband.html|OptimizeNudgedElasticBand]]功能。
  
-<WRAP center round box 100%>+<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 ATK 内置的全新的 Adaptive Kinetic Monte Carlo (AKMC) 工具，即使不给定末态结构和猜测路径，通过计算也能获得与本例完全一样的信息。+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 QuantumATK 内置的全新的 Adaptive Kinetic Monte Carlo (AKMC) 工具，即使不给定末态结构和猜测路径，通过计算也能获得与本例完全一样的信息。
  
 </WRAP> </WRAP>
行 149: 行 150:
 <WRAP center important 100%> <WRAP center important 100%>
 === 注意 === === 注意 ===
-这两种方法创建的末态结构看上去是一样的，但是，由于NEB初始路径创建时，即使对于同种的原子，也要区别原子编号并按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。+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。
 </WRAP> </WRAP>
  
 =====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//“final_jump.nc”//。+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 //“final_jump.nc”//。
  
-1,点击**Builder ‣ Nudged Elastic Band**，并将//“initial.nc”//和//“final_exchange.nc”//分别拖到**Nudged Elastic Band**的左、右两个面板里面。+1,点击 **Builder ‣ Nudged Elastic Band**，并将 //“initial.nc”// 和 //“final_exchange.nc”// 分别拖到 **Nudged Elastic Band** 的左、右两个面板里面。
  
-2,在**Nudged Elastic Band**面板设置参数如下图所示：+2,在 **Nudged Elastic Band** 面板设置参数如下图所示：
  
 {{ :atk:ptsurface232.png?350 |}} {{ :atk:ptsurface232.png?350 |}}
  
-设置完毕之后，点击**Creat**，在**Stash**中创建一个名为//“NEB: initial.nc final_exchanged.nc”//项目，包括初始结构和末态结构以及**ATK**自动猜测出来的，沿着反应路径的各个结构（以下称为映像）。+设置完毕之后，点击 **Create**，在 **Stash** 中创建一个名为 //“NEB: initial.nc final_exchanged.nc”// 项目，包括初始结构和末态结构以及 **ATK** 自动猜测出来的，沿着反应路径的各个结构（以下称为映像）。
  
 {{ :atk:ptsurface252.png?650 |}} {{ :atk:ptsurface252.png?650 |}}
  
-<WRAP center round box 100%> +<WRAP center box 100%> 
-注意： +=== 注意 === 
- +**VNL** 中的 //image-dependent pair potential (IDPP)//<sup>[4]</sup> 使用线性插值的方法，能够提供 **NEB** 反应路径的高质量初始猜测。对复杂的反应路径，在迭代次数和速度方面的改进非常显著。
-**VNL**中的//image-dependent pair potential (IDPP)//<sup>[4]</sup>使用线性插值的方法，能够提供**NEB**反应路径的高质量初始猜测。对复杂的反应路径，在迭代次数和速度方面的改进非常显著。+
 </WRAP> </WRAP>
  
- +<WRAP center box 100%> 
-<WRAP center round box 100%> +=== 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/或编辑特定原子   * 选择特定映像并/或编辑特定原子
   * 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
  
 </WRAP> </WRAP>
-=====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,点击{{:atk:sendto.png?20}}按钮，将//“NEB: initial.nc final_exchange.nc”//送入到**Script Generator**。+1,点击{{:atk:sendto.png?20}}按钮，将 //“NEB: initial.nc final_exchange.nc”// 送入到 **Script Generator**。
  
-2,在**Script Generator**中，将**Global IO**面板中的**Default output file**名字改为//“NEB_exchange.nc”//。+2,在 **Script Generator** 中，将 **Global IO** 面板中的**Default output file** 名字改为 //“NEB_exchange.nc”//。
  
-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//“EAM——Pt_2004”//+  * 在 **Potential Settings** 面板选择 //“EAM——Pt_2004”//
  
-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：
  
 {{ :atk:261.png?350 }} {{ :atk:261.png?350 }}
  
-6，点击{{:atk:sendto.png?20}}按钮将生成的脚本送入**Job Manager**，保存脚本名为//“NEB_exchange.py”//。+6，点击 {{:atk:sendto.png?20}} 按钮将生成的脚本送入 **Job Manager**，保存脚本名为 //“NEB_exchange.py”//。
  
-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 //“NEB_exchange.nc”// 被选中，之后点击 **Run Queue** 按钮启动计算。该计算只需要几秒即可完成。当计算结束后，关闭 **Job Manager** 并会到**VNL** 主窗口。 
 + 
 +<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。 
 +</WRAP>
  
-8，在**Job Manager**中，确保脚本//“NEB_exchange.nc”//被选中，之后点击**Run Queue**按钮启动计算。该计算只需要几秒即可完成。当计算结束后，关闭**Job Manager**并会到**VNL**主窗口。 
 =====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//“NEB_exchange”//和//“NEB_jump”//。+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 //“NEB_exchange”// 和 //“NEB_jump”//。
  
 {{ :atk:271.png?650 }} {{ :atk:271.png?650 }}
  
-2，打开//“NEB_exchange”//文件，并选择//“gID001”//，该文件包含优化之后的交换扩撒的**NEB**轨迹。之后点击屏幕右边的**Movie Tool**。+2，打开 //“NEB_exchange”// 文件，并选择 //“gID001”//，该文件包含优化之后的交换扩撒的 **NEB** 轨迹。之后点击屏幕右边的 **Movie Tool**。
  
 {{ :atk:Ptsurface282.png?650 }} {{ :atk:Ptsurface282.png?650 }}
  
-3，类似的打开//“NEB_jump”//，选择其//“gID001”//并点击屏幕右边的**Movie Tool**。+3，类似的打开 //“NEB_jump”//，选择其 //“gID001”//并点击屏幕右边的 **Movie Tool**。
  
-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//0.928eV//，这是与实验一致的<sup>[1]</sup>。与更精确的DFT计算结果<sup>[2]</sup>也是一致的。本例中力场模拟得到交换扩散过程在能垒上优于直接跳跃过程//0.334eV//。+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 //0.928eV//，这是与实验一致的<sup>[1]</sup>。与更精确的 DFT 计算结果 <sup>[2]</sup>也是一致的。本例中力场模拟得到交换扩散过程在能垒上优于直接跳跃过程 //0.334eV//。
  
 <WRAP center round box 60%> <WRAP center round box 60%>
行 232: 行 236:
  
 <WRAP center round box 100%> <WRAP center round box 100%>
-注意：通过[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/872-adaptive-kinetic-monte-carlo-simulation-of-pt-on-pt-100|AKMC方法]]计算得到得到的结果精确地与此一致，并未该体系的势能面预知信息。+注意：通过 [[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/872-adaptive-kinetic-monte-carlo-simulation-of-pt-on-pt-100|AKMC方法]] 计算得到得到的结果精确地与此一致，该方法并不需要知道体系的势能面的任何信息。
 </WRAP> </WRAP>
 =====结论===== =====结论=====
行 239: 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: Pt/Pt(001)” Phys. Rev. B 64, 125403 (2001) PhysRevB.64.125403 
- +  * [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 
-[2] P.J. Feibelman “Surface-diffusion mechanism versus electric field: Pt/Pt(001)” Phys. Rev. B 64, 125403 (2001) PhysRevB.64.125403 +  * [4] Smidstrup et al. “Improved initial guess for minimum energy path calculations” J. Chem. Phys. 140, 214106 (2014)  
- +  * 英文教程原文：http://docs.quantumwise.com/tutorials/neb_pt.html
-[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) link+
atk/neb方法研究pt在pt表面的扩散.1478075458.txt.gz · 最后更改: 2016/11/02 16:30 由 dong.dong

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