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本文為楊站長技術團隊製作的《Materials Studio入門手冊》第17篇,共約100篇。本教程旨在從零開始帶大家入門MS軟件,文末可下載更多學習資料。緊跟楊站長,學會計算,拿下頂刊!

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大家好,歡迎大家繼續關注我們的課程。上節課我們對計算結果文件進行了一些說明,讓大家可以終於涉及到一些計算的問題,但是實際上我們還是要用比較長的時間進行建模的學習,繼續進行建模課程,今天我們主要對於表面模型的建立方式進行說明。

小夥伴們可能會覺得性質計算是真正想要去做的內容,而建模只是一種輔助手段,但是實際上好的模型可以用最少的計算資源解決複雜的問題,有時候我們看文獻,經常會被一些巧妙的模型吸引,自己去想的時候卻很難想到這樣的情況。

還記得有一次看講座,把氣泡簡化成兩層平面的分子,內外都是真空層,這樣的模型比起一個巨大的氣泡,要減少多少的計算量,所以建模是計算的第一步,甚至是最重要的一個環節。

很多時候我們需要使用到表面模型。對於吸附、催化等過程,表面是反應的基礎,界面模型也是兩個表面模型的組合。

接下來,我們以Ir晶體為例,切割一個Ir(100)表面。

首先導入Ir晶體模型,在菜單欄里選擇Build->Surfaces->Cleave Surface選項,打開切割表面對話框

切割表面選項

切割表面對話框中的Surface Box選項卡中,可以選擇要切割表面的晶面指數(h k l),我們輸入(1 0 0)。

Position位置選項包括Top,定義切割的頂端,可以改變這項數值,並且在結構文件中看到在哪個位置開始「下刀」。

Thickness是切割表面的厚度,可以通過調整厚度調整所表面模型的原子層層數。

另外可以選擇使用H原子或其他原子對所切割表面的懸掛鍵進行飽和,可以對頂端、底端、兩端進行加H或其他原子,也可以選擇不加(Neither),這個功能可以由Cap bonds on XX face with XX進行實現。

切割表面對話框

另外兩個選項卡可以實現對所切割表面的U、V向量和切割後表面沿坐標軸的取向進行調節。

我們之後在切割含有根號的表面時會對其進行更加細緻的講解。現在我們僅設置這些參數,並單擊Cleave(切割)按鈕,即可得到3層的Ir(100)表面。

切割得到的Ir(100)表面

經常會有小夥伴問到表面模型應該包含幾層原子的問題,實際上對於這個問題,最好的回答方式就是可以參考一下相關的文獻,看一下做相似體系的其他研究者是如何操作的。

但是如果還是希望得到更加有參考意義的回答,這裡可以稍作回應。可以首先切割層數較少的模型,進行試算,看一下是否有您所關注的現象,例如催化活性位點,或者需要的性質等,之後再建立一個層數比較多的模型。

當然,層數較多的模型是一個比較相對的概念,不同的體系有不同的解決方式。

對於由較少的元素組成的晶體,例如純金屬等,或者每層原子分布情況比較一致的晶體,如MgO等,5~7層的模型基本上是可以接受的。如果晶體本身比較複雜,例如Al2O3,可能切了5層之後甚至還沒得到一個完整的重複結構(這幾層還沒有兩層的原子分布是完全一致的),這個時候可以適當增加層數,從而得到更加完整的結構。

另外,有的文獻中說到切割若干層原子,可能是若干層相同原子,也可能是一共有若干層,例如10層SiO2,可能是10層Si原子層和10層O原子層,而有的是加起來是10層(5層Si+5層O),這個也要細心分辨。

總之,對於切割表面應該保留多少個原子層的問題,要從結構本身、您所關注的問題、計算機的計算能力、其他研究者的結果等方面進行綜合考慮,才能夠對這個問題進行比較確定的解釋。

在這裡,希望大家在進行計算的時候多閱讀文獻,全面統籌考慮,祝大家一次成功。好啦,今天我們就說到這裡,下次我們再介紹一些關於表面模型建立的細節問題,敬請期待。

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