qvasp切面、吸附位点与卷曲建模
用Cu(111)和石墨烯演示切面、吸附位点、卷曲角和坐标参考系。
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这一篇将几种结构工具分开操作:切出表面、找候选吸附位点、把平面卷成弧面或管状,以及改变局部坐标参考系。下载本组实际模型与脚本,总览图来自集群实际输出:

1 Cu体相切出(111)表面#
把4原子的FCC常规胞放在POSCAR中,晶格常数3.61 Å:
module load qvasp/2.26
qvasp -cls POSCAR
依次回答:
Miller指数:1 1 1
层数:4
真空厚度:15
深度参数:0
得到 POSCAR-surface.vasp。本例是16个Cu、4个原子平面,层间距约2.08423 Å,沿z的晶胞长度约21.25270 Å,其中真空15 Å。
module load ase/3.29.0
ase info POSCAR-surface.vasp
ase convert POSCAR-surface.vasp Cu111.xyz
“4层”与“4 Å厚”不是同一件事;总厚度还取决于晶向与原子平面间距。开始表面计算前通常要指定固定底层、面内积分网格和所需的偶极修正,并比较更厚的slab与真空。
2 找顶位、桥位与空心位#
资料包的位点示例采用1×1、4层Cu(111),适合看清最简单的位点关系:
qvasp -as POSCAR
终端给出分数坐标。本例有1个顶位代表、1个桥位代表和2个三重空心位代表:
Top 0 0 0.6471037188
Bridge 0.5 0.5 0.6471037188
Hollow 0.6666667 0.6666667 0.6471037188
Hollow 0.3333333 0.3333333 0.6471037188
这些点位于表面平面上,不是已经放好并优化的吸附原子。实际添加H、CO等吸附物时,还要设置起始高度和取向,避免过短接触,分别优化后比较能量。两种空心位的深层堆垛不同,不要只因为表面最近邻一样就认定吸附能相同。
3 将正交石墨烯片卷曲#
-nanotube使用卷曲角度,不是直接输入手性指标(n,m)。本例先用ASE构造正交24原子石墨烯片,面内长度约4.92和12.7825 Å,真空方向为z。准备好POSCAR后:
qvasp -nanotube POSCAR
输入 360,得到闭合方向的管状初始结构 POSCAR-nanotube;输入 180则是半圆弧。本例两种角度均保留24个C,名义半径分别约2.0344 Å和4.0689 Å。半径由弯曲方向长度与角度共同决定,角度翻倍时半径减半。
请使用正交平面模型,确认x为管轴、y为弯曲方向、z为原真空方向。不要输入0作为实际卷曲角;也不要将未经优化的小半径卷曲片直接当作稳定碳纳米管。需要严格手性结构时可使用ASE的 ase.build.nanotube,再独立检查手性、周期和优化结果。
4 为局部轨道分析重定义坐标参考系#
qvasp -redlat
本例在Cu立方胞中依次输入:
中心:0 0 0
x方向参考点:0 1 0
z方向参考点:0 0 1
这里输入分数坐标参考点。工具据此正交化坐标参考系,写出 POSCAR_redlatt;本例原子数、体积和晶胞内积保持,表示同一几何结构的旋转表达。x和z参考方向不能重合或为零向量。它不等于生成整数超胞,也不会替用户重新进行投影态密度计算。
本篇结构准备使用qvasp2.26,查看与配图用ASE3.29.0。所有模型是后续优化与计算的起点;表面能、吸附能及稳定性需要另行实际计算。