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ASE原子模擬環(huán)境入門之操作原子

來源：時(shí)間：2022-12-16 16:36:30 瀏覽：3254次

銀吸附在鎳板上

我們建立一個(gè)由四個(gè)Ni原子組成的單層平板和一個(gè)Ag吸附原子構(gòu)成的模型。

定義原子板


>>> from math import sqrt
>>> from ase import Atoms
>>> a = 3.55
>>> atoms = Atoms('Ni4',
...               cell=[sqrt(2) * a, sqrt(2) * a, 1.0, 90, 90, 120],
...               pbc=(1, 1, 0),
...               scaled_positions=[(0, 0, 0),
...                                 (0.5, 0, 0),
...                                 (0, 0.5, 0),
...                                 (0.5, 0.5, 0)])
>>> atoms.center(vacuum=5.0, axis=2)

看看晶胞和原子的位置:


>>> atoms.cell
Cell([[5.020458146424487, 0.0, 0.0], [-2.5102290732122423, 4.347844293440141, 0.0], [0.0, 0.0, 10.0]])
>>> atoms.positions
array([[ 0.        ,  0.        ,  5.        ],
        [ 2.51022907,  0.        ,  5.        ],
        [-1.25511454,  2.17392215,  5.        ],
        [ 1.25511454,  2.17392215,  5.        ]])
>>> atoms[0]
Atom('Ni', [0.0, 0.0, 5.0], index=0)

將這個(gè)結(jié)構(gòu)寫入一個(gè)文件，并通過調(diào)用ase.gui來繪制整個(gè)系統(tǒng):

>>> from ase.visualize import view

>>> atoms.write('slab.xyz')

>>> view(atoms)

在查看器(ase gui)中，可以在所有三個(gè)方向上重復(fù)單元格(使用Repeat ? View window)。從命令行，使用ase gui -r 3,3,2 slab.xyz。

我們現(xiàn)在在一個(gè)高度為h=1.9?的三原子中心位點(diǎn)添加一個(gè)吸附原子 :


>>>h = 1.9
>>> relative = (1 / 6, 1 / 6, 0.5)
>>> absolute = np.dot(relative, atoms.cell) + (0, 0, h)
>>> atoms.append('Ag')
>>> atoms.positions[-1] = absolute

現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)是這樣的:


view(atoms)

構(gòu)造界面

現(xiàn)在，我們用Ni(111)和水做一個(gè)界面。首先我們需要一層水。在這個(gè)腳本W(wǎng)L.py中構(gòu)建了一層水，并保存在文件WL.traj中。

WL.py


import numpy as np
from ase import Atoms
p = np.array(
    [[0.27802511, -0.07732213, 13.46649107],
     [0.91833251, -1.02565868, 13.41456626],
     [0.91865997, 0.87076761, 13.41228287],
     [1.85572027, 2.37336781, 13.56440907],
     [3.13987926, 2.3633134, 13.4327577],
     [1.77566079, 2.37150862, 14.66528237],
     [4.52240322, 2.35264513, 13.37435864],
     [5.16892729, 1.40357034, 13.42661052],
     [5.15567324, 3.30068395, 13.4305779],
     [6.10183518, -0.0738656, 13.27945071],
     [7.3856151, -0.07438536, 13.40814585],
     [6.01881192, -0.08627583, 12.1789428]])
c = np.array([[8.490373, 0., 0.],
              [0., 4.901919, 0.],
              [0., 0., 26.93236]])
W = Atoms('4(OH2)', positions=p, cell=c, pbc=[1, 1, 0])
W.write('WL.traj')

現(xiàn)在運(yùn)行WL.py腳本，從traj文件中讀取原子對(duì)象:


from ase.io import read
>>> W = read('WL.traj')

使用視圖的看看結(jié)構(gòu)

我們看看這個(gè)單位晶胞


W.cell
Cell([8.490373, 4.901919, 26.93236])

我們需要一個(gè)鎳(111)平板，它與水盡可能接近。一個(gè)2 × 4正交的fcc111 超晶胞應(yīng)該足夠好了。


>>> from ase.build import fcc111
>>> slab = fcc111('Ni', size=[2, 4, 3], a=3.55, orthogonal=True)


slab.cell
Cell([5.020458146424487, 8.695688586880282, 0.0])

看看這兩個(gè)單元晶胞，我們可以看到，如果我們把其中一個(gè)單元晶胞在平面上旋轉(zhuǎn)90度，它們的匹配度相差大約2%。讓我們旋轉(zhuǎn)單元晶胞:

W.cell = [W.cell[1, 1], W.cell[0, 0], 0.0]

用rotate()旋轉(zhuǎn)分子：

>>> W.rotate(90, 'z', center=(0, 0, 0))

再將原子放回到晶胞里

>>> W.wrap()

wrap()方法僅在啟用周期性邊界條件時(shí)有效。我們?cè)贜i(111)和水之間有2%的晶格失配，所以我們?cè)谄矫嫔峡s放水的晶胞以匹配平板的晶胞。參數(shù)scale_atoms=True表示原子位置應(yīng)該隨單元格縮放。默認(rèn)值是scale_atoms=False，表示單元格更改時(shí)笛卡爾坐標(biāo)保持不變。


>>> W.set_cell(slab.cell, scale_atoms=True)
>>> zmin = W.positions[:, 2].min()
>>> zmax = slab.positions[:, 2].max()
>>> W.positions += (0, 0, zmax - zmin + 1.5)

最后我們將水復(fù)制到平板上:

>>> interface = slab + W

>>> interface.center(vacuum=6, axis=2)

>>> interface.write('NiH2O.traj')

兩個(gè)atoms對(duì)象的求和，會(huì)將兩個(gè)atoms對(duì)象的原子位置都包括進(jìn)來，而使用第一個(gè)atoms對(duì)象的超晶胞。

計(jì)算狗·模擬計(jì)算

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