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ASE原子模擬環(huán)境入門之操作原子
來(lái)源： 時(shí)間：2022-12-16 16:36:30 瀏覽：3836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(guò)調(diào)用ase.gui來(lái)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(lái)，而使用第一個(gè)atoms對(duì)象的超晶胞。


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文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?，F(xiàn)代文字大多是記錄語(yǔ)言的工具。人類往往先有口頭的語(yǔ)言后產(chǎn)生書(shū)面文字，很多小語(yǔ)種，有語(yǔ)言但沒(méi)有文字。文字的不同體現(xiàn)了國(guó)家和民族的書(shū)面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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