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Materials Studio入门到精通【8】晶体中的点缺陷:取代与间隙

已有 5640 次阅读 2021-4-12 15:26 |个人分类:科研干货|系统分类:科研笔记

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Materials Studio入门到精通【8】晶体中的点缺陷:取代与间隙

作者:Ravi

Materials Studio系列教程:

Materials Studio知识点精选第一期

Materials Studio知识点精选第二期

Materials Studio知识点精选第三期

Materials Studio知识点精选第四期

Materials Studio入门到精通[1]:模块介绍

Materials Studio入门到精通[2]:导入晶体结构和调整显示方式

Materials Studio入门到精通[3]:原胞与晶胞的小知识

Materials Studio入门到精通[4]:从无到有建立晶体结构

Materials Studio入门到精通[5]:晶体中的点缺陷:无序固溶体

Materials Studio入门到精通[6]:晶体中的点缺陷:同种原子两种化合态混合

Materials Studio入门到精通[7]:晶体中的点缺陷:空位

好多小伙伴问小MS,我们什么时候才能够涉及到计算啊,我已经迫不及待了,别担心,罗马不是一天建成的,而是一天天建成的,胖子也不是一口吃出来的,而是一口口吃出来的。不过如果大家真的很期待,那么下次就带来我们一个简单的小算例,让大家先体验一下吧。

今天我们还是继续对点缺陷的问题进行说明,说多了点缺陷,现在看着面包里的葡萄干都像是取代固溶体。上次我们说到了空位的建模问题,空位建模最重要的一步是什么呢?再提示下,如果删除一个原子会发现所有原子都不见了,我们应该怎么操作呢?

是的,小伙伴们一定想到了,最重要的一步就是取消对称性(Make P1),快来试试怎么操作吧。(Build->Symmetry->Make P1)当我们学会了Make P1,取代和间隙的操作会变得更加方便。取代固溶体是指其中一个原子被杂质原子所取代形成的,也就是一个原本的原子被替换成了另一个原子,比如说半导体的p型掺杂和n型掺杂,现在就让我们在金刚石中将一个C原子替换成P原子,看一下如何操作吧。首先我们导入一个金刚石晶体结构文件,改变显示方式,并将结构的对称性取消(Make P1),接下来,我们选中一个C原子,在菜单栏中Modify->Modify Element->Phosphorus,这时这一个C原子就变成了P原子。当然,如果要改成其他原子,也可以使用元素周期表选项,选择所要改变成的原子。

金刚石其中一个C原子用P原子取代大家可以尝试一下,如果忘记取消对称性,则所有的C原子都会变成P原子。在取代之后,可以再次寻找对称性,可以参见昨天的课程。


重新找到对称性后的结构接下来我们继续进行间隙固溶体的操作,实际上就相当于增加一个原子,或者在结构中画或粘贴一个原子。现在假设我们在一个C原子上连接一个O原子作为间隙原子,在其他教程(画苯环)中,大家应该已经了解了绘制工具的使用,我们单击快捷工具栏上的小铅笔,选择O元素。



绘制原子工具接下来,我们把小铅笔放在某个C原子上,这个C原子会发生变色。我们从这个原子出发,就可以拉出来一个化学键,另一端连接一个O原子,单击鼠标,O原子就会出现在结构中,接下来如果不想画更多原子,可以按下键盘上的Esc键,就会停止继续绘制原子。单击3D Viewer工具栏

的小箭头按钮,鼠标就会从铅笔重新变成箭头形状。



添加原子前和添加原子后这样的显示方式总觉得像是有两个O原子,但实际上只有一个原子是属于这个晶胞的,我们可以改变显示方式,仅显示晶胞中的原子。可以在空白区域右键,选择Display Style选项,Lattice选项卡中有Style选项,在下拉列表中选择In-Cell模式,就会只显示在晶胞中的原子。



仅显示晶胞中的原子Style下方有很多数字,表示的是显示晶胞的数量。我们知道,所建立的晶体结构实际上是三维方向无限扩展的,我们只是显示了其中的一个代表晶胞,如果要在不同方向显示更多的晶胞,就可以改变其中的数字。比如将三个方向的Max值都调整为2,就可以显示8个晶胞。但是这只是显示上的问题,并不是晶胞真的扩大了,如果要扩大晶胞,需要使用超晶胞功能,我们将在下次进行说明。



显示8个晶胞当然,如果要在某个位置精确添加原子,我们可以使用Add Atom功能,输入原子的坐标,也可以通过添加原子之后在Properties区域改变原子坐标。例如在Ir晶体的八面体间隙(坐标(0.5, 0.5, 0.5))位置添加C原子,就可以先按照上述方法添加C原子后改变坐标。选中添加的C原子,双击FractionalXYZ性质,并将三个坐标均变为0.5,就可以调整原子位置。小MS刚刚接收了一篇paper,讲的就是在Ir晶体间隙中溶入的C原子和Ir之间的各种反应情况,所以还是对这方面由一定研究的。



从Properties区域调整原子坐标那么,小伙伴们也一起在金刚石中完成一个NV色心(将其中一个C原子变成N原子,并将与该原子连接的4个原子中的其中一个删掉变成空位)吧。能不能做到下图效果呢?

金刚石中的NV色心好的,今天我们就到这里,下次我们再一起探索MS的奥秘吧,不见不散。

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