MS入门手册（11）：Materials Studio晶体结构点缺陷建模：无序固溶体

本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第11篇，本教程旨在从零开始带大家入门MS软件，文末可下载更多学习资料。

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大家好，上次用过的ZrO₂晶体结构模型没有删掉吧？另外导入金刚石晶体结构也完全没问题的吧？

在今天的课程之前给大家一个小任务，大家请打开上次的ZrO₂晶体结构模型，然后利用各种显示设置将显示方式调整成下图中的样子。

调整显示方式后

大家都做到了吗，做到的小伙伴请挥起您的小手。如果还是有些困难，那就看一看上一次的教程，再认真复习一下哦，每一次的内容都要认真消化，相信每个小伙伴都是勤奋好学的好孩子。

上一次，我们利用MS Visualizer中的建立晶体工具建立了一个ZrO₂晶体结构模型，今天就要履行某一次（已经忘记了是哪一次）的承诺，把它变成一个Y_0.15Zr_0.85O₂晶体模型。

好多小伙伴看到这个化学式已经惊呆了，这个原子比例，要多么复杂庞大的体系才能够完成啊？其实不用担心，跟我一起来，就会知道MS的神奇之处。

另外，我们还要对于晶体结构的各种点缺陷进行建模。

点缺陷是什么？这个问题需要请教晶体学相关的知识来帮忙，空位、间隙、取代属于最常见的点缺陷，其实Y_0.15Zr_0.85O₂的结构也相当于一种取代掺杂。

当然，关于点缺陷的分类非常多，下一次我们还会相关基础知识进行更加详细的讲解，对理论性和复杂的问题进行说明。

继续操作刚才的ZrO₂晶体模型，这次我们不再添加新的原子，而是要借助Properties区域，对Zr原子的某个性质加以改变，这个性质就是——IsMixtureAtom（是否是杂化原子）。

首先我们选中一个Zr原子，实际上这么热热闹闹的ZrO₂晶体模型，有几个Zr原子呢？

大家谁能回答一下？答案是只有4个，顶角一个，虽然显示8个原子，但是每个原子只有八分之一属于这个晶胞，面心3个，6个面心位置但是每个面心原子只有一半属于这个晶胞，所以一共有4个Zr原子，另外有8个O原子。

但是实际上由于对称性的限制，所有Zr原子和O原子全都是处于相同环境的，不信您可以删除一个试试，所有的Zr或者O原子都会不见。这就是为什么我们只要选择一个Zr原子就可以改变所有Zr原子的性质。

现在我们选中一个Zr原子，双击IsMixtureAtom性质的No，就会弹出一个对话框，可以编辑杂化原子的性质。这个原子仅由一种元素Zr组成，其比例是100%。我们只需要把它变成由Zr和Y两种元素组成，比例分别为85%和15%就可以了。

这是一种形成无序固溶体，如果要形成合金等有序固溶体，就要使用其他的方法，扩大晶胞是必不可少的，我们之后的课程会涉及到。

对于原子改变IsMixtureAtom性质

我们来继续进行，首先改变Zr的元素比例，单击Edit按钮，在弹出的对话框中将成分比例改为85%。

再添加Y元素，单击Add按钮，“…”按钮可以打开元素周期表，选择Y元素，并将其成分比例改为15%，选择OK，现在我们就把性质修改好了，这样就得到了一个Y_0.15Zr_0.85O₂晶体模型，是不是很神奇呢？

添加元素

让我们来看看最终的效果吧。晶体结构看起来和之前并没有什么区别，但是可以注意到，在Properties区域中，对于原子的性质，有两个性质发生了改变。

首先是Composition（组成），变成了Zr, 0.85; Y, 0.15，另外就是IsMixtureAtom性质从No变成了Yes，提示我们现在的Zr原子已经不是原来的那个Zr原子了，它有85%的可能性是Zr原子，另外有15%可能性是Y原子。

原子杂化后改变的性质

至此，我们今天的工作就结束了，对于形成无序固溶体，我们都可以按照这种方式进行建模，对于有序固溶体，我们就需要按照其晶体结构，当成一个新的晶体模型进行建模了。

这两种操作方式其实都在杨站长的MS建模特训营中详细讲解过：

https://www.bilibili.com/video/BV1gW4y1v7BH?p=2&vd_source=2dcd596eaec39bf93a707fdfe0998f96

无序固溶体的性质计算，需要用到虚晶近似的方法，这也是CASTEP中特有的方法。它能帮我们极大地减少计算量，但也有它的缺点，具体请看：

在最后，我们留一个小问题进行思考：在还原气氛中，金红石（TiO₂）的一半Ti⁴⁺离子变成了Ti³⁺离子，假设我们将其被还原原子位置认为是无序的，可以怎样进行建模呢？下次我们将解决这个问题，请期待下次的见面吧。

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