Atomsk结构分析与芯壳偶极

下载本组输入、脚本、参考输出与高清图。解压后使用新的工作目录；examples保存各例输入，reference保存实际结果。

1 先准备模型，再选操作#

Atomsk 0.13.1用于生成、变换和分析原子结构，不执行电子结构或能量优化。当前构建使用GFortran 13.3、OpenMP、LAPACK/BLAS 3.12.1；这里的小模型使用单线程，配套检查/绘图使用已有ASE和NumPy环境。Atomsk本身运行在CPU上。

module purge
module load atomsk/0.13.1 gpumdkit/1.5.8

atomsk --create fcc 4.05 Al -duplicate 2 2 2 base.cfg

得到32原子FCC Al，晶胞三边均为8.1 Å、体积531.441 ų。这里的晶格常数用于教学；换成自己的材料时，应使用与势函数或泛函一致的晶格参数。

直接运行单个下载实例：

python run.py option_shift

输出在work/option_shift。脚本拒绝覆盖已有目录；再次计算请复制一份新的资料包。批量运行所有示例：

sbatch run.sbatch all

这个批处理使用现有P100队列中的CPU资源，并不表示Atomsk有GPU加速。提交前可按自己获配分区调整SBATCH头部。不要把建模输出当成已经弛豫的结构。

2 RDF和质量密度#

atomsk --rdf base.cfg 4 0.1 -wrap
atomsk --density base.cfg mass 1d x 0.6 -wrap
atomsk --density base.cfg mass 2d z 0.6 -wrap

-wrap明确使用周期胞内坐标，也避免批处理等待交互回答。FCC Al最近邻距离a/√2=2.863782 Å，RDF的对应峰位落在0.1 Å分箱附近。4 Å半径用于这个8.1 Å小胞的教学；液体/复杂体系要扩大模型并检查统计收敛。

一维密度使用σ=0.6 Å高斯展宽，输出base_mass_density.dat。对周期网格求和积分，得到863.4092352 u，等于32×Atomsk内置Al质量26.9815386 u。二维命令输出另一份密度文件，应在独立目录运行，避免覆盖。

3 局部对称性、形变与Nye张量#

atomsk --local-symmetry base.cfg symmetry.cfg -wrap
atomsk base.cfg -deform x 0.01 strained.cfg
atomsk --nye base.cfg strained.cfg result.cfg -wrap

实际完美FCC的归一化局部中心对称指标为0；它不是OVITO常见的有长度平方单位的原始CSP。

Nye流程产生G、strain、rot及Nye张量文件。下载实例用相同顺序的32个原子，均匀x拉伸1%：G11=0.99009901，strain11=0.00990099，全部Nye分量为0。这里应变采用对称化的I−G定义，不是直接把0.01填进所有“应变”输出；均匀形变没有位错密度梯度。

4 名义电荷的局部偶极#

模型为64离子的NaCl，常规胞参数5.64 Å，2×2×2扩胞。准备charges.txt：

charge
Na 1
Cl -1

atomsk --edm nacl.cfg Cl 6 -properties charges.txt -wrap

每个Na寻找6个Cl近邻，输出局部偶极、范数及全胞电极化。这里使用名义点电荷；不能代替VASP的Berry相极化或Born有效电荷。周期晶胞的全胞点电荷极化还依赖极化分支和坐标包裹方式。

5 芯壳模型#

helpers之外的examples/mode_epola含shells.gin和shellcharges.txt。Cl核电荷+1、壳−2，Na刚性离子+1；Cl壳人为沿+x移动0.01 Å：

charge
Na 1
Cl 1 -2

atomsk --electronic-polarization shells.gin -properties shellcharges.txt

按本功能定义，Cl的x分量为−0.015 e·Å，Na为0。它是给定芯壳位移的偶极，不是自洽求出的电子响应；输入中没有壳弹簧势或能量最小化。

6 提取数据与画图#

python plots.py

图由CFG附加列和原始密度/RDF文件绘制。读取CFG时可用ASE查看列名：

from ase.io import read
a = read('result_G.cfg')
print(a.arrays.keys())
print(a.arrays['G_11'])

先核对张量定义、坐标方向和单位，再与其他软件比较。更多定义参见官方Nye说明和芯壳电极化说明。