MS入门手册（35）：Materials Studio纳米结构建模：从纳米棒到纳米线

Ravi MS杨站长

本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第35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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之前我们通过连续的两次教程，对纳米线的模型搭建进行了讲解，要注意的地方主要有以下几点：

1）建立表面时厚度的选取，要严格产生周期性的结构，并记住最后表面模型的厚度，可以利用Recleave功能进行实时调整；

2）添加真空层时要注意真空层厚度与表面模型厚度一致，注意是否形成完整周期性，可以利用超胞显示功能，看一下两个周期性结构连接的部分是不是完整的；

3）化学键的重新连接；

4）原子选择工具及删除原子，有时候要使用make P1功能，对原子进行调整。对于这几个地方要在模型建立的时候特别注意，才能够建立一个正确的纳米线结构。

另外我们也以石墨烯模型为例，对二维纳米结构进行了讲解。二维材料（该释义引用自百度百科二维材料词条），是指电子仅可在两个维度的纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。

二维材料是伴随着2004年曼切斯特大学Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯（graphene）而提出的。后续又有一些其他的二维材料陆续被分离出来，如氮化硼（BN）、二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）、Mxene材料，在凝聚态物理领域有着广泛的研究。

图1. 二维材料（图片来源：百度百科）

对于二维材料的建模，最重要的步骤就是删除一层（需要事先make P1取消对称性）、切割表面（仅1层）和添加真空层，这都是我们在表面结构中所熟知的操作。

另外，对于二维材料叠层结构（由两种二维材料组成的界面结构），不同的堆叠方式可通过调整某一层结构u、v方向的偏移量来实现，具体这里就不举例子了，我们在孪晶界面部分曾经讲过这一功能，大家可以用两种二维材料进行尝试，也可以参考之前的教程。之前的答疑也整理成了小视频，

大家有什么想法，可以进群讨论：

图2. 调整某一层结构u、v方向的偏移量

说完了二维材料，接着回到一维材料的模型搭建这一话题。之前我们利用表面进行了纳米线的搭建，而今天我们换一种方式，利用纳米结构建立工具对这一过程进行实现，这会涉及到对于非周期性和周期性结构之间的转换问题。还是以SiC纳米线为例，首先导入结构。

使用菜单栏中Build-Build Nanostructure-Nanocluster选项，打开Build Nanostructure对话框。实际上，纳米针等结构都可以使用Shape中不同的形状，通过设置参数进行实现，这里我们建立一个纳米棒结构。

图3. 原子选择工具

将Shape选择为圆柱体（Cylinder），设置直径（Radius=2 Å）、高度（也就是长度Height=15.0 Å），和之前一样的(1 1 1)取向作为底面，就得到了如下的纳米棒。

图4. 一根SiC纳米棒

但是这个纳米棒的取向不够规整，之后要建立晶格比较困难，所以我们要线使得c轴沿着z轴。

可以用下面的方式进行处理：先选中整个结构，之后选择3D movement快捷工具栏上排列方式Align的小下拉菜单，选择Align In/Out，之后再选择Align Horizontal，就把结构进行了转正（Shift+鼠标右键也可以旋转整个结构，但是可能不一定转正）。

图5. 用排列工具转正结构

接下来我们要建立一个晶格，把这个纳米线套起来，变成周期性的。在菜单栏里选择Build-Crystals-Build Crystal，打开Build Crystal对话框，选择空间群为P1即可（之后可以寻找对称性），在Lattice Parameters选项卡中填入晶格常数，可以选择a=b=10 Å（或其他值，根据纳米线直径，使得周期性结构可以分开），我们先设置c=15 Å（也就是纳米线长度）看看情况。Option选项卡中去掉Calculate bonding after build选项，并按下Build按钮。