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标题: 表面能计算公式问题 [打印本页]

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Author: zorow 时间: 2018-1-10 16:27
标题: 表面能计算公式问题
本人最近在研究表面能的计算，但是在各种不同地方却见到了各种不同的计算公式：如γ=[Eslab-Ebulk] /2A、γ=[Eslab-n*Ebulk] /2A、γ=[Eslab-Ebulk] /A，并且其中符号的含义也有多种，让我最近十分困惑
请教一下各位老师，在使用MS的CASTEP或者Dmol3模块计算时，表面能公式按照哪个选比较好？

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-11 11:10
有人吗。。。请各位老师给我指点指点。。。

作者
Author: 让你变成回忆 时间: 2018-1-11 16:11
我是按照第一个公式计算的。但是做的不是第一性原理。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-11 17:01

让你变成回忆发表于 2018-1-11 16:11
我是按照第一个公式计算的。但是做的不是第一性原理。

感谢回复！
请问您研究的具体是什么呢，选第一个公式的原因是什么

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-11 19:35

zorow 发表于 2018-1-11 17:01
感谢回复！
请问您研究的具体是什么呢，选第一个公式的原因是什么

用第二个公式。那个n值选取是按照这样的原则：slab的原子数目=n*单胞bulk的原子数目。这样同一个slab层高足够高的时候表面能就只和面积A有关，除以2A的原因是一块固体劈裂后产生两个面。

这些基本定义在wiki（https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_energy）或者一些固体的书籍上就能找到。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-11 20:43
本帖最后由 zorow 于 2018-1-11 20:45 编辑

卡开发发发表于 2018-1-11 19:35
用第二个公式。那个n值选取是按照这样的原则：slab的原子数目=n*单胞bulk的原子数目。这样同一个slab层高 ...

谢谢卡开发发老师的指点！
假如我的bulk有4个A原子，4个B原子，而slab则为8A8B，则n的值即为8/4=2，是这样的吗？

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-11 20:48

卡开发发发表于 2018-1-11 19:35
用第二个公式。那个n值选取是按照这样的原则：slab的原子数目=n*单胞bulk的原子数目。这样同一个slab层高 ...

另外还有一个问题向您请教：表面能计算中表面积的值就是slab中的晶胞参数a*b吗

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-11 21:25

zorow 发表于 2018-1-11 20:48
另外还有一个问题向您请教：表面能计算中表面积的值就是slab中的晶胞参数a*b吗

假如我的bulk有4个A原子，4个B原子，而slab则为8A8B，则n的值即为8/4=2，是这样的吗？

是的

另外还有一个问题向您请教：表面能计算中表面积的值就是slab中的晶胞参数a*b吗

不一定啊，切出来的Slab有可能γ不是90°，算算平行四边形面积就好了。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-11 21:50

卡开发发发表于 2018-1-11 21:25
是的

不一定啊，切出来的Slab有可能γ不是90°，算算平行四边形面积就好了。

好的，那就用a*b*sinC算了，谢谢您！

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-12 10:19

卡开发发发表于 2018-1-11 21:25
是的

不一定啊，切出来的Slab有可能γ不是90°，算算平行四边形面积就好了。

卡开发发老师，我还有一个问题请教您：
在测试真空层厚度时，居然得出了厚度越大表面能越大的结果，请问这样的结果正常吗，是不是因为我的计算精度太低(Medium)所致？

作者
Author: 追枫少年 时间: 2018-1-12 10:49

卡开发发发表于 2018-1-11 19:35
用第二个公式。那个n值选取是按照这样的原则：slab的原子数目=n*单胞bulk的原子数目。这样同一个slab层高 ...

老师您好，我在做111切面的时候切出来的两个面不是一样的，这时候也除以2A？
我想用楼主提到的第二个公式测试layers对表面能的影响，得到的是一个折线图，阅读相关文献是趋于平稳的，这样的情况是出现了什么问题，谢谢

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 10:56

zorow 发表于 2018-1-12 10:19
卡开发发老师，我还有一个问题请教您：
在测试真空层厚度时，居然得出了厚度越大表面能越大的结果，请问 ...

一般情况相同原子slab比bulk能量高，slab之间距离拉开后能量升高还是正常的。

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 11:07

追枫少年发表于 2018-1-12 10:49
老师您好，我在做111切面的时候切出来的两个面不是一样的，这时候也除以2A？
我想用楼主提到的第二个公 ...

两个面是否是一样的没关系，比如一个AB两种原子构成的晶体沿着晶面方向原子的排列有可能是...ABABAB...，切出来上表面是A下表面是B，但上下表面能够拼成一个完整的bulk，这样根据表面能的定义来计算是没有问题的。如果上下表面不能满足能够拼成一个bulk，那么其实无法按照定义来计算表面能，另外就是这样构造出来的表面不符合化学计量比。为了保证这个条件，你可以按照整数来增加层高。一般趋势上会有些小的振荡，但这个振荡是衰减的。

作者
Author: 追枫少年 时间: 2018-1-12 11:47

卡开发发发表于 2018-1-12 11:07
两个面是否是一样的没关系，比如一个AB两种原子构成的晶体沿着晶面方向原子的排列有可能是...ABABAB...， ...

感谢老师的精彩解答，我做的工作就是按照4的倍数来增加的层数。正如您说的，上表面是A下表面是B，我认为我的slab模型是满足化学计量比，可是得到的是折线图，在0.1eV的范围震荡，这样的情况如何得到我想要测试的层数呢？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 11:50

追枫少年发表于 2018-1-12 11:47
感谢老师的精彩解答，我做的工作就是按照4的倍数来增加的层数。正如您说的，上表面是A下表面是B，我认为 ...

0.1eV的振荡已经不是很大了，你可以考虑再加上workfunction修正看看会不会好点。

作者
Author: 追枫少年 时间: 2018-1-12 14:35

卡开发发发表于 2018-1-12 11:50
0.1eV的振荡已经不是很大了，你可以考虑再加上workfunction修正看看会不会好点。

感谢老师的回复
因为我看的文献震荡小于10-3的量级（DOI: 10.1039/c4cp06089j），为我做的和他相比差的过大，所以一直认为那里除了问题，我在尝试计算功函数分析一下结果，再次感谢老师!

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-12 15:00

卡开发发发表于 2018-1-12 10:56
一般情况相同原子slab比bulk能量高，slab之间距离拉开后能量升高还是正常的。

谢谢卡开发发老师，那是不是真空层厚度就不用做这样的收敛性测试了，取一个12以上的厚度即可？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 15:58

zorow 发表于 2018-1-12 15:00
谢谢卡开发发老师，那是不是真空层厚度就不用做这样的收敛性测试了，取一个12以上的厚度即可？

原则上要做，不过经验上一般15A左右应该足够。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-12 16:08

卡开发发发表于 2018-1-12 15:58
原则上要做，不过经验上一般15A左右应该足够。

感谢您的回复，我取了11、13、15、17、19的厚度，但是计算出的表面能分别为41.30、41.32、41.34、41.36、41.37(J/m2)，感觉似乎一直在均匀地增加，所以对这个收敛性测试比较困惑。。。
那我就取15埃的厚度好了

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 16:29

zorow 发表于 2018-1-12 16:08
感谢您的回复，我取了11、13、15、17、19的厚度，但是计算出的表面能分别为41.30、41.32、41.34、41.36、 ...

结构的上下表面对称否，不对称的话可能得把功函数修正加上。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-12 16:50

卡开发发发表于 2018-1-12 16:29
结构的上下表面对称否，不对称的话可能得把功函数修正加上。

结构的上下表面貌似是一样的，但因为不平整所以都是向上凸的，这样的需要功函数修正吗

作者
Author: 卡开发发 时间: 2018-1-12 19:12

zorow 发表于 2018-1-12 16:50
结构的上下表面貌似是一样的，但因为不平整所以都是向上凸的，这样的需要功函数修正吗

不需要。按说没有上下表面不对称的情况，15A左右应该差不多了，如果很有必要的话，你可以测试更大的真空层看下和现在有啥区别，测试1x1的表面做单点就行。

作者
Author: zorow 时间: 2018-1-12 20:20

卡开发发发表于 2018-1-12 19:12
不需要。按说没有上下表面不对称的情况，15A左右应该差不多了，如果很有必要的话，你可以测试更大的真空 ...

好的卡开发发老师，谢谢您的指点！

作者
Author: 小潘潘 时间: 2018-9-4 15:49
同学，你好，我是一名量化计算小白，请问你有没有如何用MS计算表面能的文章？最好是步骤详尽些的，以便于我可以模仿，谢谢啦

作者
Author: granvia 时间: 2018-9-4 19:37

zorow 发表于 2018-1-12 10:19
卡开发发老师，我还有一个问题请教您：
在测试真空层厚度时，居然得出了厚度越大表面能越大的结果，请问 ...

可以算算不同厚度下的功函数，看看厚度是否收敛。这个vasp的handout里有算例

作者
Author: YMZoey 时间: 2019-6-3 09:03

卡开发发发表于 2018-1-12 11:07
两个面是否是一样的没关系，比如一个AB两种原子构成的晶体沿着晶面方向原子的排列有可能是...ABABAB...， ...

请问，如果上下两个表面不同的话，那算出来的表面能是哪一个表面的能量呢？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2019-6-3 09:50

YMZoey 发表于 2019-6-3 09:03
请问，如果上下两个表面不同的话，那算出来的表面能是哪一个表面的能量呢？

符合计量比的情况应该是这个晶体劈裂形成这两种表面的平均能量。

作者
Author: ZZ爱学习呀 时间: 2020-4-3 04:46

zorow 发表于 2018-1-11 20:43
谢谢卡开发发老师的指点！
假如我的bulk有4个A原子，4个B原子，而slab则为8A8B，则n的值即为8/4=2，是这 ...

您好，请问计算表面能的时候，切面的层数以及是否需要扩胞应该怎么选取呀？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2020-4-3 07:22

ZZ爱学习呀发表于 2020-4-3 04:46
您好，请问计算表面能的时候，切面的层数以及是否需要扩胞应该怎么选取呀？

没掺杂的情况没必要扩胞，等同于使用平移对称性。层数的确定需要做层数和表面能的收敛性测试。

作者
Author: ZZ爱学习呀 时间: 2020-4-3 08:51

卡开发发发表于 2018-1-12 11:07
两个面是否是一样的没关系，比如一个AB两种原子构成的晶体沿着晶面方向原子的排列有可能是...ABABAB...， ...

老师，请问计算表面能的时候，切面的层数以及是否需要扩胞应该怎么选取呀？

作者
Author: ZZ爱学习呀 时间: 2020-4-11 11:19

卡开发发发表于 2020-4-3 07:22
没掺杂的情况没必要扩胞，等同于使用平移对称性。层数的确定需要做层数和表面能的收敛性测试。

好的，谢谢老师。

作者
Author: yiyun520 时间: 2021-4-13 19:55
请问这个E bulk 如何获得呢?

作者
Author: 魂牵梦绕 时间: 2021-5-6 21:43

卡开发发发表于 2020-4-3 07:22
没掺杂的情况没必要扩胞，等同于使用平移对称性。层数的确定需要做层数和表面能的收敛性测试。

大佬，如果是极性表面的话，切出来上下表面是不一样的。例如TiAl3（001）极性表面，slab模型符合化学计量比的话上下表面不一样；上下表面一样又不符合化学计量比。而且要计算极性表面的表面能的话，是需要考虑表面环境中元素的化学势（Ti的化学势），极性表面的表面是一个由元素化学势决定的区间

作者
Author: 魂牵梦绕 时间: 2021-5-6 21:45

yiyun520 发表于 2021-4-13 19:55
请问这个E bulk 如何获得呢?

体相的几何优化，相关博硕士论文里面有

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