本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第21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！杨老师B站链接：https://space.bilibili.com/669166168关于MS软件、答疑等，可加入QQ交流群提问：915466022MS入门手册（20）：Materials Studio表面建模之吸附位置的精确控制
MS入门手册（21）：Materials Studio表面建模之分子位置的精确控制
MS入门手册（22）：简单界面模型的建立
MS入门手册（23）：Materials Studio建模 — 界面模型中原子的固定
大家好，课前先跟大家说明一下，我们的推送教程是我之前写完，积累了一定数量才开始的，也就是现在您看到的推送可能是半个多月前写的。教程后大家所有的留言都会看，如果有问题也都尽量在之后的课程进行解答，但是就是时效性会有一定的延迟，可能过半个月才会看到您所想要的教程，但是优点是所有人都可以一起分享，而且作为教程真的步骤非常的细致啦。如果您有问题需要尽快得到解答，也可以参加我们的讲座和公开课，或者加入MS微信群，老师会尽量帮助解答学员提出的问题哦。好了，我们开始今天的内容。上节课我们说到晶格失配度的问题，可以理解为两种晶体的晶格常数相差多少，是不是比较接近。如果比较接近，我们可以认为最终形成的表面的晶格常数是两者的平均数（当然也可以选择按衬底的或按薄膜的晶格常数），即传统意义上的完全共格。但是总有这样的一些情况，衬底和沉积物的晶格常数相差得比较大，形成了半共格的结构（当然，如果相差特别大，能不能外延是一个问题，可能会选择其他晶格常数相差小一些的晶面进行生长）。今天我们就说明一下应该如何对这样的情况进行处理。我们可能有两种方式解决晶格失配的问题，今天我们就说一下超胞表面，并且根据超胞表面的方式，建立Si/TiN界面。首先稍微介绍一下研究背景，众所周知，TiN具有很强的还原性，可以提高氧化物在Si上的粘接能力，而且虽然两者晶格常数相差比较大，它们可以通过“畴匹配”方式，以类似半共格的方式进行生长（虽然中间位错有点多），也就是连接方式是Si(001)[110]||TiN(001)[110]（这个很重要，在论文中一定要写，不能只写Si(001) ||TiN(001)，下一讲我们会继续说明）。具体对于更多的背景，可以参考我的论文The interface characteristics of TiN(100)/MgO(100) multilayer on oxidized Si(100) substrate via first-principle calculations and experimental investigation，但是这个主要是在SiO2上（也就是氧化的Si表面）生长的TiN为说明对象。当然关于这个论文，之后在论文解析的教程中，肯定会很仔细地进行讲解（毕竟自己写的思路最清楚）。为了建立界面模型，我们要先有Si和TiN的晶体结构文件，Si的结构文件可以直接导入（有两个路径都是可以的，Structures->ceramic->Si.msi或者Structures->semiconductors->Si.msi，果真最常用的结构就比较方便），但是我没有找到TiN的结构文件（大家可以试试，找了ceramic、minerals文件夹下的5-Nitrates+Carbonates子文件夹，都没找到），只能自己建立一下。希望大家还记得如何建立晶体结构。TiN是225号空间群（Fm-3m），晶格常数a=4.242 Å，Ti原子坐标(0 1 1)，Ni原子坐标(0 0.5 1)，在菜单栏Build菜单选择Crystals建立晶格，再利用Add Atoms功能添加原子，可以自行尝试。下图中Ti原子显示的比N原子大，只是调整了显示方式，选中Ti原子调整其球的半径为0.5，而N原子的半径调整为0.3，这只是显示半径，实际半径可以以最终得到的电荷密度图中的半径为准。接下来我们就可以根据上节课所学习的内容先建立表面模型，晶面指数(100)，切割5层原子，U、V向量选择默认值（实际上也就是[110]方向，可以实际画一下图）。按照刚才的步骤，我们就建立了TiN和Si的表面模型。但是我们直接建立成Layer界面模型时，会提示晶格常数相差过大（当然这个时候是可以强行建立的，毕竟Error才是错误，Warning没什么事，程序员经常用的梗），但是会发现两种晶体变形十分严重。实际上对于这样的两种晶体组成的表面，也是由很多位错结合成的，不是这样的每个原子刚好对应。提示两种晶体晶格常数相差过大（左侧为Yes之后强行建立的表面结构模型）这个时候我们最好用超胞方式解决这个问题，选取两个表面晶格常数的最小公倍数。先看一下它们的晶格常数是多少，在空白区域右键，选择Lattice Parameters选项，就可以看到晶格常数。TiN差不多是3 Å（注意这个不是晶格常数，因为切割向量的原因，应该是晶格常数的倍），TiN差不多是3.84 Å。如果是这样，我们可以取12作为近似的最小公倍数，对于TiN将其U、V方向扩展4倍，而将Si表面模型的U、V方向扩展3倍，得到的结果应当比较接近。这个部分，我们可以使用之前讲过的Build->Symmetry->Supercell选项完成。超胞表面模型建立完成后，我们再使用上节课讲解的Build Layer功能，这个时候单击Build键，就不会弹出刚才的警告信息了，可以比较顺利地完成界面模型的建立。我们仍然选择建立为表面，并且选择以晶格常数的平均值建立界面，就可以得到最终的界面结构。这个巨大的界面模型由205个原子组成，真的是气势磅礴呢。这么大的模型的计算，快借助我们的服务器来进行吧。当然，为了使用CASTEP模块进行计算，添加真空层也必不可少，为了减少计算量，也可以先寻找到对称性（当然计算的时候也会提示）或者固定原子位置，这都是一些后续操作了，相信小伙伴们都会比较熟悉。我们今天就先到这里，下次我们继续对晶格失配度较大的另一种情况进行说明，请大家准时打开我们的公众号，继续课程的学习哦。为了让科研党尽快上手Materials Studio并发表高档次文章，华算科技杨站长原创设计并经过多次迭代优化，推出了MS系列课程。结合案例深入浅出，带大家从入门到进阶，手把手带你扎扎实实、快速入门DFT理论计算！学员利用课上所学已发表Angew.、AM、AEM、Nature子刊、New Journal of Chemistry、Applied Surface Science等顶刊文章。报名方式：识别下方二维码报名，或者联系手机：18126387652。