MS入门手册(17):Materials Studio表面模型的建立
本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第17篇,共约100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。紧跟杨站长,学会计算,拿下顶刊!
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大家好,欢迎大家继续关注我们的课程。上节课我们对计算结果文件进行了一些说明,让大家可以终于涉及到一些计算的问题,但是实际上我们还是要用比较长的时间进行建模的学习,继续进行建模课程,今天我们主要对于表面模型的建立方式进行说明。
小伙伴们可能会觉得性质计算是真正想要去做的内容,而建模只是一种辅助手段,但是实际上好的模型可以用最少的计算资源解决复杂的问题,有时候我们看文献,经常会被一些巧妙的模型吸引,自己去想的时候却很难想到这样的情况。
还记得有一次看讲座,把气泡简化成两层平面的分子,内外都是真空层,这样的模型比起一个巨大的气泡,要减少多少的计算量,所以建模是计算的第一步,甚至是最重要的一个环节。
很多时候我们需要使用到表面模型。对于吸附、催化等过程,表面是反应的基础,界面模型也是两个表面模型的组合。
接下来,我们以Ir晶体为例,切割一个Ir(100)表面。
首先导入Ir晶体模型,在菜单栏里选择Build->Surfaces->Cleave Surface选项,打开切割表面对话框
切割表面选项
切割表面对话框中的Surface Box选项卡中,可以选择要切割表面的晶面指数(h k l),我们输入(1 0 0)。
Position位置选项包括Top,定义切割的顶端,可以改变这项数值,并且在结构文件中看到在哪个位置开始“下刀”。
Thickness是切割表面的厚度,可以通过调整厚度调整所表面模型的原子层层数。
另外可以选择使用H原子或其他原子对所切割表面的悬挂键进行饱和,可以对顶端、底端、两端进行加H或其他原子,也可以选择不加(Neither),这个功能可以由Cap bonds on XX face with XX进行实现。
切割表面对话框
另外两个选项卡可以实现对所切割表面的U、V向量和切割后表面沿坐标轴的取向进行调节。
我们之后在切割含有根号的表面时会对其进行更加细致的讲解。现在我们仅设置这些参数,并单击Cleave(切割)按钮,即可得到3层的Ir(100)表面。
切割得到的Ir(100)表面
经常会有小伙伴问到表面模型应该包含几层原子的问题,实际上对于这个问题,最好的回答方式就是可以参考一下相关的文献,看一下做相似体系的其他研究者是如何操作的。
但是如果还是希望得到更加有参考意义的回答,这里可以稍作回应。可以首先切割层数较少的模型,进行试算,看一下是否有您所关注的现象,例如催化活性位点,或者需要的性质等,之后再建立一个层数比较多的模型。
当然,层数较多的模型是一个比较相对的概念,不同的体系有不同的解决方式。
对于由较少的元素组成的晶体,例如纯金属等,或者每层原子分布情况比较一致的晶体,如MgO等,5~7层的模型基本上是可以接受的。如果晶体本身比较复杂,例如Al2O3,可能切了5层之后甚至还没得到一个完整的重复结构(这几层还没有两层的原子分布是完全一致的),这个时候可以适当增加层数,从而得到更加完整的结构。
另外,有的文献中说到切割若干层原子,可能是若干层相同原子,也可能是一共有若干层,例如10层SiO2,可能是10层Si原子层和10层O原子层,而有的是加起来是10层(5层Si+5层O),这个也要细心分辨。
总之,对于切割表面应该保留多少个原子层的问题,要从结构本身、您所关注的问题、计算机的计算能力、其他研究者的结果等方面进行综合考虑,才能够对这个问题进行比较确定的解释。
在这里,希望大家在进行计算的时候多阅读文献,全面统筹考虑,祝大家一次成功。好啦,今天我们就说到这里,下次我们再介绍一些关于表面模型建立的细节问题,敬请期待。
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