MS入门手册（22）：简单界面模型的建立
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MS入门手册（21）：Materials Studio表面建模之分子位置的精确控制
今天我们就要开始为期4~5次（大概，手动滑稽）的关于界面模型建立的教程了，大家一定非常期待吧。
笔者的主项就是做界面研究的，研究方向是异质外延薄膜的制备，在Si衬底上依次生长TiN/MgO/Ir薄膜，为金刚石的异质外延生长提供衬底材料。这个过程涉及到很多次界面模型的建立，我也走过一次次的弯路，现在将一些经验分享给大家，希望大家能够更好的迁移到自己的研究领域。
在这一串薄膜中，大致可以分为两种晶体晶格常数较为接近的，如TiN/MgO、MgO/Ir和Ir/金刚石三组，以及相差较大的Si/TiN一组。
今天我们对前者进行讲解，从而介绍最基本的界面模型搭建方法和注意事项。
首先第一个问题，我们就会涉及到为什么要说到晶体晶格常数。在实际异质外延生长研究中，晶格常数的匹配绝对是一个无法绕过的话题。当沉积物和衬底的晶格常数相差较小时，会形成完全共格或半共格结构，从而降低界面区域的缺陷密度，实现更强的相互作用。可以用下式计算晶格失配度：
其中δ为晶格失配度，ae和as分别为外延薄膜和衬底的晶格常数。通常以|δ|作为评价标准，当|δ|<5%时形成完全共格结构，当5%<|δ|<25%形成半共格结构。对于MS建立界面模型，一般认为5%的晶格失配度是可以忽略的，如果比较粗略的情况，可以接受10%的失配度。如果晶格失配度过大，就无法用简单的界面模型进行描述，需要对模型进行一些处理和修改。
下面我们以Ir(100)/金刚石(100)界面为例，介绍一下晶格失配度较低情况下界面模型的搭建步骤。
首先，仍然是导入Ir和金刚石的晶体结构，这个步骤我们之前已经进行过很多次了，相信小伙伴都能够从结构文件夹中找到这两种晶体结构文件。
导入Ir和金刚石的晶体结构
界面结构实际上是两个表面所组成的层，因此接下来我们要根据前面所讲解的表面结构模型的建立方式，分别建立Ir(100)和金刚石(100)的表面结构，实际上在建立表面结构模型之前要对两种晶体先进行几何优化，再用几何优化后的结构建立表面模型，这里我们就省略这个步骤了，小伙伴课后可以自行进行该操作。
在菜单栏中Build->Surfaces->Cleave Surface，切割表面对话框Surface Box选项卡中选择切割平面(100)，厚度2.5（直接切割5层），Surface Mesh选项卡中U[0 0.5 -0.5]、V[0 0.5 0.5]向量选择默认值，得到Ir(100)表面。对金刚石晶体进行相似操作得到5层金刚石(100)表面模型。
Ir(100)表面模型
5层金刚石(100)表面模型
接下来我们就可以用这两个表面模型的结构搭建界面模型(Layer)了，在搭建的过程中先要打开这两个表面模型，我们先用菜单栏中的Window->Close All关闭其他窗口，再只打开这两个表面模型。如果模型未打开，在建立层的时候是找不到它们的文件位置的，大概是为了更加方便（稍表怀疑）。
在菜单栏选择Build->Build Layers，打开建立层对话框，在层1中选择衬底的结构文件，层2中选择沉积层的结构文件，可以在后面的名字中填入不同的名字以示区别，选择以表面形式建立层结构。如果建立成晶体，在之后添加真空层将比较困难。
分子筛孔内部的CH4分子
Layer Details选项卡可以将每个表面在其U、V方向进行位移等。Matching选项卡即为选择界面结构的晶格常数，由于两种晶体晶格常数相差比较小，我们可以选择平均值。Options选项卡中有一项，晶格失配度达到5%（可以修改）以上时提示我们。单击Build按钮，没有出现提示，说明晶格失配度在5%以内，可以正常建立界面模型。
Build Layers对话框中的其他选项卡
我们建立的界面模型是一个层状模型，如果想要利用CASTEP模块进行计算，需要建立真空层，使其变为晶体模型。可以按照之前建立真空层的方式进行操作，在c轴方向建立10 Å真空层。
按表面模型方式建立好的模型
添加真空层
于是我们的Ir(100)/金刚石(100)界面模型就建立好了。如果建立Layer的时候按照晶体进行建立，就会发现建立的是Ir/diamond/Ir/diamond…的叠层，中间没有真空层将重复出现的晶体结构分开。Build Layer功能最多支持3层Layer的组合，因此如果要做夹心结构的小伙伴，也可以试一试这个功能，参考我们的教程进行结构模型的建立。好啦，我们今天就到这里，期待下次仍然能够见到您的身影，和我们一起探索MS的奥秘。
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