Atomsk晶体、表面与格式转换实操

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1 加载环境与运行完整示例#

Atomsk负责原子结构生成和变换，不计算体系能量。本例使用beta-0.13.1，GFortran 13.3、OpenMP和私有LAPACK/BLAS 3.12.1构建；小模型单线程即可。配套Python只做结构核对和绘图，使用ASE 3.29.0。

module purge
module load pymatgen/2026.9.24 atomsk/0.13.1
mkdir work
cp atomsk_examples.py work/
cd work
python atomsk_examples.py

脚本依次生成6个小流程，结果各在独立文件夹中。直接使用Atomsk命令时只需module load atomsk/0.13.1，不必加载Python环境。

2 生成晶体与超胞#

atomsk --create fcc 4.05 Al -duplicate 2 2 2 al.xsf
atomsk --create bcc 2.87 Fe -duplicate 2 2 2 fe.xsf
atomsk --create diamond 5.43 Si -duplicate 2 2 2 si.xsf

参数中的长度单位为Å。三种2×2×2常规胞分别得到 32个Al、16个Fe、64个Si；晶格体积分别为531.441、189.119224、1280.824056 ų。晶格常数用于说明建模操作，正式模拟应与所用势函数或泛函的平衡结构一致。

3 XSF、POSCAR、CFG、LAMMPS和XYZ互转#

atomsk al.xsf POSCAR
atomsk POSCAR back.xsf
atomsk al.xsf converted.cfg
atomsk al.xsf converted.lmp
atomsk al.xsf converted.xyz

本次32原子Al的四条格式往返均保持元素、原子数和原子间距离，输出精度内最大距离误差为0；POSCAR、CFG、LAMMPS还核对了晶胞。普通XYZ不保证保存晶胞、周期条件及自定义属性，不能仅凭坐标一样就认为所有信息完整。

LAMMPS数据文件仍需要配套原子类型与势函数：转换不会替你选择EAM势或生成分子力场。多元素转换后，应再核对元素与类型编号，不要只看文件扩展名。

4 生成Al(111)取向薄层#

atomsk --create fcc 4.05 Al orient "[1-10]" "[11-2]" "[111]" \
  -duplicate 2 2 3 oriented.xsf
atomsk oriented.xsf -cell add 15 z slab.xsf

三个方向依次定义x、y、z轴；z为[111]，因此表面法向是[111]。给晶胞z方向增加15 Å不会拉伸原子坐标，而是在上方增加空区。

得到 72原子，原z晶胞长度21.044417 Å，增加真空后36.044417 Å。按周期盒长度减去最上、最下原子跨度，实际跨边界空隙为 17.338269 Å，并非恰好15 Å。此时薄层尚未优化，也没有自动设置固定底层或偶极修正。后续需要按研究目的准备约束和弛豫输入。

参考：Atomsk创建模式、格式与选项手册。