MS入门手册（14）：Materials Studio晶体点缺陷建模：取代与间隙

本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第14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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好多小伙伴问，我们什么时候才能够涉及到计算啊，我已经迫不及待了，别担心，罗马不是一天建成的，而是一天天建成的，胖子也不是一口吃出来的，而是一口口吃出来的。不过如果大家真的很期待，那么下次就带来我们一个简单的小算例，让大家先体验一下吧。

今天我们还是继续对点缺陷的问题进行说明，说多了点缺陷，现在看着面包里的葡萄干都像是取代固溶体。

上次我们说到了空位的建模问题，空位建模最重要的一步是什么呢？再提示下，如果删除一个原子会发现所有原子都不见了，我们应该怎么操作呢？是的，小伙伴们一定想到了，最重要的一步就是取消对称性（Make P1），快来试试怎么操作吧。（Build->Symmetry->Make P1）

当我们学会了Make P1，取代和间隙的操作会变得更加方便。取代固溶体是指其中一个原子被杂质原子所取代形成的，也就是一个原本的原子被替换成了另一个原子，比如说半导体的p型掺杂和n型掺杂，现在就让我们在金刚石中将一个C原子替换成P原子，看一下如何操作吧。

首先我们导入一个金刚石晶体结构文件，改变显示方式，并将结构的对称性取消（Make P1），接下来，我们选中一个C原子，在菜单栏中Modify->Modify Element->Phosphorus，这时这一个C原子就变成了P原子。当然，如果要改成其他原子，也可以使用元素周期表选项，选择所要改变成的原子。

金刚石其中一个C原子用P原子取代

大家可以尝试一下，如果忘记取消对称性，则所有的C原子都会变成P原子。在取代之后，可以再次寻找对称性，可以参见昨天的课程。

重新找到对称性后的结构

那么难点来了：晶体中原子位置非常多，如何选择空位或者替代位点呢？

别急着灰心，还有更难的：多个空位存在，或者替代多个原子的时候，要产生很多结构配置，根据对称性其中大部分可以约化掉，但工作量极大，该怎么处理？

别担心，杨站长已经为我们写好了脚本，复杂问题一键解决，并且有配套讲解：

https://www.bilibili.com/video/BV1gW4y1v7BH/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=2dcd596eaec39bf93a707fdfe0998f96

接下来我们继续进行间隙固溶体的操作，实际上就相当于增加一个原子，或者在结构中画或粘贴一个原子。现在假设我们在一个C原子上连接一个O原子作为间隙原子，在其他教程（画苯环）中，大家应该已经了解了绘制工具的使用，我们单击快捷工具栏上的小铅笔，选择O元素。

绘制原子工具

然后，我们把小铅笔放在某个C原子上，这个C原子会发生变色。我们从这个原子出发，就可以拉出来一个化学键，另一端连接一个O原子，单击鼠标，O原子就会出现在结构中，接下来如果不想画更多原子，可以按下键盘上的Esc键，就会停止继续绘制原子。

单击3D Viewer工具栏的小箭头按钮，鼠标就会从铅笔重新变成箭头形状。

添加原子前和添加原子后

这样的显示方式总觉得像是有两个O原子，但实际上只有一个原子是属于这个晶胞的，我们可以改变显示方式，仅显示晶胞中的原子。

可以在空白区域右键，选择Display Style选项，Lattice选项卡中有Style选项，在下拉列表中选择In-Cell模式，就会只显示在晶胞中的原子。

仅显示晶胞中的原子

Style下方有很多数字，表示的是显示晶胞的数量。我们知道，所建立的晶体结构实际上是三维方向无限扩展的，我们只是显示了其中的一个代表晶胞，如果要在不同方向显示更多的晶胞，就可以改变其中的数字。

比如将三个方向的Max值都调整为2，就可以显示8个晶胞。但是这只是显示上的问题，并不是晶胞真的扩大了，如果要扩大晶胞，需要使用超晶胞功能，我们将在下次进行说明。

显示8个晶胞

当然，如果要在某个位置精确添加原子，我们可以使用Add Atom功能，输入原子的坐标，也可以通过添加原子之后在Properties区域改变原子坐标。

例如在Ir晶体的八面体间隙（坐标(0.5, 0.5, 0.5)）位置添加C原子，就可以先按照上述方法添加C原子后改变坐标。选中添加的C原子，双击FractionalXYZ性质，并将三个坐标均变为0.5，就可以调整原子位置。笔者刚刚接收了一篇paper，讲的就是在Ir晶体间隙中溶入的C原子和Ir之间的各种反应情况，所以还是对这方面由一定研究的。

从Properties区域调整原子坐标

那么，小伙伴们也一起在金刚石中完成一个NV色心（将其中一个C原子变成N原子，并将与该原子连接的4个原子中的其中一个删掉变成空位）吧。能不能做到下图效果呢？

金刚石中的NV色心

好的，今天我们就到这里，下次我们再一起探索MS的奥秘吧，不见不散。

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