本文為楊站長技術團隊製作的《Materials Studio入門手冊》第21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！楊老師B站鏈接：https://space.bilibili.com/669166168關於MS軟件、答疑等，可加入QQ交流群提問：915466022MS入門手冊（1）：Materials Studio全模塊功能介紹！MS入門手冊（2）：量子力學、分子力學、介觀模擬方法，各模塊重點介紹！MS入門手冊（3）：Materials Studio軟件中所有的輸入輸出文件及其作用MS入門手冊（4）：Materials Studio文件和目錄的建立、打開、關閉、命名/重命名、拷貝、移動和刪除【建議收藏，方便日後查看】MS入門手冊（5）：Materials Studio製作高質量科技論文圖片！MS入門手冊（6）：Materials Studio製作清晰形象的動畫，生動演示分子動力學過程MS入門手冊（7）：3分鐘學會催化/電池等領域的MXene結構的建模方法！MS入門手冊（8）：Materials Studio導入晶體結構和調整顯示方式MS入門手冊（9）：Materials Studio建模之原胞與晶胞的小知識MS入門手冊（10）：Materials Studio從無到有建立晶體結構MS入門手冊（11）：Materials Studio晶體結構點缺陷建模：無序固溶體MS入門手冊（12）：Materials Studio晶體結構點缺陷建模：同種原子兩種化合態混合MS入門手冊（13）：Materials Studio晶體點缺陷建模：空位MS入門手冊（14）：Materials Studio晶體點缺陷建模：取代與間隙MS入門手冊（15）：Materials Studio建模：超晶胞、晶格常數預測MS入門手冊（16）：Materials Studio計算結果及參數文件的意義MS入門手冊（17）：Materials Studio表面模型的建立MS入門手冊（18）：Materials Studio表面建模：切表面、六方晶系、真空層、帶根號表面MS入門手冊（19）：Materials Studio表面吸附分子模型的建立
MS入門手冊（20）：Materials Studio表面建模之吸附位置的精確控制
MS入門手冊（21）：Materials Studio表面建模之分子位置的精確控制
MS入門手冊（22）：簡單界面模型的建立
MS入門手冊（23）：Materials Studio建模 — 界面模型中原子的固定
大家好，課前先跟大家說明一下，我們的推送教程是我之前寫完，積累了一定數量才開始的，也就是現在您看到的推送可能是半個多月前寫的。教程後大家所有的留言都會看，如果有問題也都儘量在之後的課程進行解答，但是就是時效性會有一定的延遲，可能過半個月才會看到您所想要的教程，但是優點是所有人都可以一起分享，而且作為教程真的步驟非常的細緻啦。如果您有問題需要儘快得到解答，也可以參加我們的講座和公開課，或者加入MS微信群，老師會儘量幫助解答學員提出的問題哦。好了，我們開始今天的內容。上節課我們說到晶格失配度的問題，可以理解為兩種晶體的晶格常數相差多少，是不是比較接近。如果比較接近，我們可以認為最終形成的表面的晶格常數是兩者的平均數（當然也可以選擇按襯底的或按薄膜的晶格常數），即傳統意義上的完全共格。但是總有這樣的一些情況，襯底和沉積物的晶格常數相差得比較大，形成了半共格的結構（當然，如果相差特別大，能不能外延是一個問題，可能會選擇其他晶格常數相差小一些的晶面進行生長）。今天我們就說明一下應該如何對這樣的情況進行處理。我們可能有兩種方式解決晶格失配的問題，今天我們就說一下超胞表面，並且根據超胞表面的方式，建立Si/TiN界面。首先稍微介紹一下研究背景，眾所周知，TiN具有很強的還原性，可以提高氧化物在Si上的粘接能力，而且雖然兩者晶格常數相差比較大，它們可以通過「疇匹配」方式，以類似半共格的方式進行生長（雖然中間位錯有點多），也就是連接方式是Si(001)[110]||TiN(001)[110]（這個很重要，在論文中一定要寫，不能只寫Si(001) ||TiN(001)，下一講我們會繼續說明）。具體對於更多的背景，可以參考我的論文The interface characteristics of TiN(100)/MgO(100) multilayer on oxidized Si(100) substrate via first-principle calculations and experimental investigation，但是這個主要是在SiO2上（也就是氧化的Si表面）生長的TiN為說明對象。當然關於這個論文，之後在論文解析的教程中，肯定會很仔細地進行講解（畢竟自己寫的思路最清楚）。為了建立界面模型，我們要先有Si和TiN的晶體結構文件，Si的結構文件可以直接導入（有兩個路徑都是可以的，Structures->ceramic->Si.msi或者Structures->semiconductors->Si.msi，果真最常用的結構就比較方便），但是我沒有找到TiN的結構文件（大家可以試試，找了ceramic、minerals文件夾下的5-Nitrates+Carbonates子文件夾，都沒找到），只能自己建立一下。希望大家還記得如何建立晶體結構。TiN是225號空間群（Fm-3m），晶格常數a=4.242 Å，Ti原子坐標(0 1 1)，Ni原子坐標(0 0.5 1)，在菜單欄Build菜單選擇Crystals建立晶格，再利用Add Atoms功能添加原子，可以自行嘗試。下圖中Ti原子顯示的比N原子大，只是調整了顯示方式，選中Ti原子調整其球的半徑為0.5，而N原子的半徑調整為0.3，這只是顯示半徑，實際半徑可以以最終得到的電荷密度圖中的半徑為準。接下來我們就可以根據上節課所學習的內容先建立表面模型，晶面指數(100)，切割5層原子，U、V向量選擇默認值（實際上也就是[110]方向，可以實際畫一下圖）。按照剛才的步驟，我們就建立了TiN和Si的表面模型。但是我們直接建立成Layer界面模型時，會提示晶格常數相差過大（當然這個時候是可以強行建立的，畢竟Error才是錯誤，Warning沒什麼事，程序員經常用的梗），但是會發現兩種晶體變形十分嚴重。實際上對於這樣的兩種晶體組成的表面，也是由很多位錯結合成的，不是這樣的每個原子剛好對應。提示兩種晶體晶格常數相差過大（左側為Yes之後強行建立的表面結構模型）這個時候我們最好用超胞方式解決這個問題，選取兩個表面晶格常數的最小公倍數。先看一下它們的晶格常數是多少，在空白區域右鍵，選擇Lattice Parameters選項，就可以看到晶格常數。TiN差不多是3 Å（注意這個不是晶格常數，因為切割向量的原因，應該是晶格常數的倍），TiN差不多是3.84 Å。如果是這樣，我們可以取12作為近似的最小公倍數，對於TiN將其U、V方向擴展4倍，而將Si表面模型的U、V方向擴展3倍，得到的結果應當比較接近。這個部分，我們可以使用之前講過的Build->Symmetry->Supercell選項完成。超胞表面模型建立完成後，我們再使用上節課講解的Build Layer功能，這個時候單擊Build鍵，就不會彈出剛才的警告信息了，可以比較順利地完成界面模型的建立。我們仍然選擇建立為表面，並且選擇以晶格常數的平均值建立界面，就可以得到最終的界面結構。這個巨大的界面模型由205個原子組成，真的是氣勢磅礴呢。這麼大的模型的計算，快藉助我們的服務器來進行吧。當然，為了使用CASTEP模塊進行計算，添加真空層也必不可少，為了減少計算量，也可以先尋找到對稱性（當然計算的時候也會提示）或者固定原子位置，這都是一些後續操作了，相信小夥伴們都會比較熟悉。我們今天就先到這裡，下次我們繼續對晶格失配度較大的另一種情況進行說明，請大家準時打開我們的公眾號，繼續課程的學習哦。為了讓科研黨儘快上手Materials Studio並發表高檔次文章，華算科技楊站長原創設計並經過多次迭代優化，推出了MS系列課程。結合案例深入淺出，帶大家從入門到進階，手把手帶你扎紮實實、快速入門DFT理論計算！學員利用課上所學已發表Angew.、AM、AEM、Nature子刊、New Journal of Chemistry、Applied Surface Science等頂刊文章。報名方式：識別下方二維碼報名，或者聯繫手機：18126387652。
留言列表
留言列表