ATOMKIT 纳米结构建模

本篇演示原生 ATOMKIT 将平面碳结构卷成纳米管，以及使用 ASE 从 Si 超胞裁剪球形和线形结构。所有输出都是未弛豫的几何初始模型。

1. 下载并先看结构#

下载输入结构、真实输出、操作和绘图工具，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd atomkit-geometry-models

source ./env.sh
bash show-reference.sh
bash plot-results.sh
ls -lh plots/

本篇使用集群已有 ATOMKIT Standard 0.9.0 官方预编译程序（模块 atomkit/0.9.0），在登录节点进行小型结构处理，不需要 MPI 或 GPU。辅助几何检查和绘图使用已有 ASE 3.29.0、NumPy、SciPy 和 spglib 环境。附件包含自己构建的结构，不包含 ATOMKIT 程序或上游晶体数据库。

2. 将正交平面结构卷成纳米管#

输入 graphene80.vasp 是自己构建的正交平面碳结构，80 个 C，位于 xy 平面；输入 a 长度 24.6 Å，b 长度约 8.52169 Å，z 方向有真空。

source ./env.sh
mkdir manual-tube
cp inputs/graphene80.vasp manual-tube/POSCAR
cd manual-tube
atomkit <<'INPUT'
508
175 POSCAR
2
1
175
INPUT
head -n 10 NANOTUBE.vasp
cd ..

这里 2 选择以输入晶格 b 为纳米管轴，1 选择顺时针卷曲，最后 175 选择 VASP 输出。当前程序输出时把管轴放在 z 方向，不能继续把输出的 y 当作管轴。

实际得到 80 原子的 NANOTUBE.vasp，轴向周期约 8.52169 Å。圆周来自输入 a 方向，半径为 24.6/(2π)，约 3.91521 Å；横向晶胞边长约 17.83042 Å，当前示例相邻周期管表面之间的真空间隙约 10 Å。

把旋转方向 1 改为 2 可生成相反卷曲方向，本例两组原子间几何距离相同，每个 C 都保持三个周期最近邻。改变卷曲方向不等于已经选定另一种材料手性；研究具体手性指数、曲率和电子性质时，还需检查原始晶向与所构建的模型。

3. Si球形与纳米线：使用明确的ASE裁剪流程#

对于本例 216 原子 Si 超胞和指定中心、半径，当前 ATOMKIT 506/507 原生输出没有形成可用模型。本篇的球形与线形结构采用附件中的 ASE 裁剪工具，不将这些结构称为原生 506/507 的成功输出。

bash cut-models.sh
ls ase-models/
cat ase-models/MODELS.json

工具从给定 Si 超胞中选择几何中心附近的原子。球形模型用三维距离筛选；线形模型用 xy 径向距离筛选，并保留原来 z 方向的周期长度：

每个非周期方向都留出 10 Å 的相邻模型间真空间隙。实现中 center(vacuum=5) 是在结构两边各留 5 Å，因此跨晶胞边界的总间隙为 10 Å；不能将这个参数误读成每边都有 10 Å。

输入位于 inputs/Si216.vasp。需要其他半径时，可修改 build_cuts.py 末尾的半径列表；先确认超胞足够大，避免想要的球或截面超出原始结构范围。工具不自动补出未包含在输入中的周期像。

4. 哪些部分还需要后续处理#

这些 Si 小模型没有做表面重构、钝化或能量优化。有限模型表面可能有悬挂键；更改半径后，原子数也会按离散晶格跳变。实际研究应按物理问题决定表面处理、荷电/自旋状态、模型尺度和真空。

孤立球形模型通常保留足够真空并优化原子位置；周期纳米线和纳米管还需要按研究目标考虑轴向晶格参数。不要把裁剪或卷曲本身解释成已经完成原子位置/晶胞优化，也不要把本例小结构当作已经收敛的材料性质。

相关操作：ATOMKIT表面建模、正交晶胞与随机合金、VASP结构优化。参考：ATOMKIT 官方介绍、ASE Atoms与真空居中。