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标题: 请问大家为什么用gview切晶面出现原子过近甚至重叠的现象？ [打印本页]

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Author: GauCPGro 时间: 2025-8-11 15:30
标题: 请问大家为什么用gview切晶面出现原子过近甚至重叠的现象？
各位朋友大家好，想请教大家一个问题就是，我用gview 6.0.16切晶体原胞的高指数面，如Au的（611）面时，切出来的晶面有原子过近乃至重叠的诡异现象，而且切出来的晶胞尺寸好像也不太对劲，请问大家这个是什么原因呢？Au原胞的cif文件已上传。
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作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-8-11 16:11
单拿1x1x1原胞切(611)晶面确实因原子较少而无法满足正确的周期性。应该先在View一栏的Cell Replication设置b和c为6并点Combine获得1x6x6超胞，再去Reduce栏切出超胞的(111)晶面。

其实我更愿意拿免费且专业的VESTA做这种切晶面并扩胞的操作，因为VESTA有个用旧晶格矢量线性组合成新晶格矢量的功能是GaussView目前没有的。用VESTA加载Au的边长4.078 Å的面心立方惯用胞后，在菜单Edit - Edit Data - Unit Cell打开的窗口里点Transform，然后输入变换矩阵（注意VESTA的惯例是用变换矩阵右乘到原晶格矢量矩阵，而不是左乘）

-0.5 -3.0 0.5
0.5 -3.0 0.5
0.0 1.0 3.0

复制代码

即可得到一个2.884 Å x 17.777 Å x 12.570 Å的正交超胞，所需的Au (611)晶面垂直于c轴方向。如还需要扩胞，将各列（不是各行）的系数等比例放大即可。

作者
Author: GauCPGro 时间: 2025-8-11 21:13

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-8-11 16:11
单拿1x1x1原胞切(611)晶面确实因原子较少而无法满足正确的周期性。应该先在View一栏的Cell Replication设置 ...

感谢！解答很详细

作者
Author: xinxin19 时间: 2025-8-22 15:13

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-8-11 16:11
单拿1x1x1原胞切(611)晶面确实因原子较少而无法满足正确的周期性。应该先在View一栏的Cell Replication设置 ...

您好，我也想请教您关于Vesta切（1,1,1）晶面的问题，我现在不明白Rotation marix(P)的含义，我的晶胞长度是（4.1，4.1，4.1），晶向均为90°，P应该怎么选才能切出（1，1，1）面并保持晶向还是90°呀。
并且我在网上看到使用vesta设置真空层的方法就是来扩大某个方向的晶胞，而这会使这个方向的最后一层原子层到顶部，我想使用CP2K来计算某个晶面的功函数，所以最后这一层不能出现在顶部，这个问题应该怎么解决呀

作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-8-22 18:52

xinxin19 发表于 2025-8-22 15:13
您好，我也想请教您关于Vesta切（1,1,1）晶面的问题，我现在不明白Rotation marix(P)的含义，我的晶胞长 ...

复习一下线性代数知识更容易理解晶格矢量变换。立方晶胞的三个矢量相互正交且等长，因此设计一个变换矩阵其实很容易，参照下图理解
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比如目标是一个c'轴垂直于原先的(111)晶面的正交超胞，那么可以直接取c' = a + b + c（向量加法，下同），因为立方晶系的[111]晶向确实垂直于(111)晶面。然后在(111)晶面上随便找两个相互垂直的矢量就能作为a'和b'轴，这里取a' = -a + b，b' = -a -b + 2*c。最后按VESTA惯例整理系数

-1 -1 1
1 -1 1
0 2 1

复制代码

就能把变换矩阵输入软件了。

实际上这个思想也能推广到其他形如(n11)的晶面指数，在立方晶系中(n11)与(11n)是等价的{n11}晶面族，经过类似推导得到

-1 -n 1
1 -n 1
0 2 n

复制代码

这样的变换矩阵。对于简单立方与体心立方的晶体，该矩阵刚好给出变换后最小的重复单元；而对于面心立方的晶体，由于面心与顶点等价，该矩阵中的系数有时能取半，如2楼的矩阵就是代入n = 6并除以2的形式。若同时还需要扩胞，将变换矩阵中每一列的系数各自乘整数即可，第一二列对应表面的长宽，第三列对应表面的厚度。（如果结构原胞的cif文件有对称性，为避免晶格矢量变换的旋转/扩胞操作丢失原子，最好先点Remove symmetry把原胞内由对称性确定的原子坐标找全。）

在VESTA里去Edit - Edit Data - Unit Cell修改Lattice parameters的时候，由于保持不变的是原子的分数坐标而不是绝对的空间坐标，实际起到了拉长晶胞而不是给晶胞添加真空区的效果。要添真空区的话可以先File - Export Data导出用笛卡尔坐标记录结构的POSCAR文件，再用文本编辑器修改盒子尺寸；或者导出cif后用multiwfn的几何操作（http://sobereva.com/610）处理。

显示晶体结构的时候画面上的原子数可能多于实际原子组成，这种视觉效果是因为(1)软件把特定坐标的原子（不一定是0）放在盒子边界，且(2)软件把盒子边界上的原子显示在两端以表示平移的周期性，而不是按实际组成只显示一个。这并不影响原子实际位置，比如multiwfn图形窗口的other settings - toggle showing all boundary atoms就能改变该视觉效果。非要确保不这样显示的话只能自行修改笛卡尔坐标了，比如把所有原子的z坐标都加一个常数以将结构平移到z > 0的位置。

作者
Author: xinxin19 时间: 2025-8-25 22:01

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-8-22 18:52
复习一下线性代数知识更容易理解晶格矢量变换。立方晶胞的三个矢量相互正交且等长，因此设计一个变换矩阵 ...

十分感谢您耐心的回复！按照您的解答，我做了如下的操作，并进行真空层的填充，但发现使用CP2K进行结构优化时，出现了GEOMETRY wrong or EMAX_SPLINE too small!的错误，还想请您帮我分析一下错误的来源。
图一是我原始晶胞的图片，我在edit data-unit cell中，选择Cubic的225（Fm-3m）空间群进行了设置，图2为变化矩阵之后的图片，矩阵的P系数如下：

-0.5 -0.5 2
0.5 -0.5 2
0 1 2

复制代码

之后我将其导出为POSCAR格式，设置真空层为10 A，如图3所示。接着将设置了真空层的结构应用Multiwfn进行输入文件的设置，结果出现了GEOMETRY wrong or EMAX_SPLINE too small!的错误，并附上了输入文件。
请问这个错误是否是我在填充真空层后上层原子来到顶部造成的，如果是这个原因，我应该做什么操作来让顶层原子回到原本的位置呢。

作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-8-25 22:45

xinxin19 发表于 2025-8-25 22:01
十分感谢您耐心的回复！按照您的解答，我做了如下的操作，并进行真空层的填充，但发现使用CP2K进行结构优 ...

“显示在顶部”的原子实际坐标并不在顶部，仔细理解我5楼最后一段的意思。

当前结构有很多坐标重叠的原子，比如拿文本编辑器打开并ctrl+f搜索0.00000000 0.00000000 0.00000000能看到四个Ti原子，这显然不是合理的几何结构。我拿一个确认没有分数占据的TiN结构COD-9008748也能复现该情况。

问题应该出在这里：面心立方晶胞的对称性下原点和面心等价，这也是晶格矢量变换矩阵能用0.5这样的分数系数而不仅限定于整数的前提；而Remove symmetry以后原点和面心得用多个分数坐标记录原子位置，再用分数系数的话就会产生冲突。考虑到分数系数本来就是特殊情况、推广性差一点，我还是建议用5楼写出来的那些只含整数系数的变换矩阵。

其实VESTA相关问题本来应该在第一性原理板块讨论的，而楼主一开始是用的GaussView才发到量子化学板块，我们这样算是偏题了。

作者
Author: xinxin19 时间: 2025-8-26 09:18

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-8-25 22:45
“显示在顶部”的原子实际坐标并不在顶部，仔细理解我5楼最后一段的意思。

当前结构有很多坐标重叠的 ...

好的，十分感谢您的解答！关于这个问题一直跟您在这个贴子下交流，下次有新的问题我会发在第一性原理板块的！
关于这个问题我还有几个疑问，我发现我在打开edit data-unit cell之后，首先点 Remove symmetry，Symmetry会自动来到 Triclinic-P1 (Space Groupe)下，这表示我应该在这下面进行Transfrom么，输入P系数后，会出现一个提示框：how to convert the structure? A. add new euivalent positions to a list of symmetry operations B. Search atoms in the new unit-cell and add them as a new sites C. do nothing，我在选A之后发现在.vasp文件中体系的原子数会多余显示的原子数，而选B又会出现体系的原子数少于显示的原子数的情况。我应该具体怎么操作才能使显示的原子数等于实际的原子数呢。
并且我用整数P后，体系在a和b晶向也会扩大，这说明在a和b晶向也进行了扩胞么，这个情况应该怎么解决呀

作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-8-26 16:50

xinxin19 发表于 2025-8-26 09:18
好的，十分感谢您的解答！关于这个问题一直跟您在这个贴子下交流，下次有新的问题我会发在第一性原理板块 ...

搞不清楚原子数的话，与其纠结可视化软件显示效果不如看结构文件有几行坐标。
文档6.2.6节解释了那几个选项的区别，把用add new equivalent positions...产生的结构导出cif文件时空间等效原子用_space_group_symop_operation_xyz字段记录的对称操作产生，而把用search atoms... as new sites产生的结构导出cif文件时空间等效原子直接写成不同分数坐标，对用multiwfn正确读取后生成CP2K输入文件而言没有什么差别。

作者
Author: xinxin19 时间: 2025-8-26 16:54

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-8-26 16:50
搞不清楚原子数的话，与其纠结可视化软件显示效果不如看结构文件有几行坐标。
文档6.2.6节解释了那几个 ...

好的，谢谢您！

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