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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 第一性原理 » 热点前沿问题讨论 » 晶胞中异族原子的替换
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缘木得猫

新虫 (小有名气)

[求助] 晶胞中异族原子的替换 已有1人参与

Materials studio 中设置晶胞中替换都是原子替换，那么异族的原子之间价电子不同，替换之后整个体系的价电子可能有变化，会不会导致体系带电荷？并且，我有点不理解，实际过程中的替换都是离子替换，比如：Al3+被Mg2+替换，替换后，整个体系是显负价的，需要正电荷离子来平衡。但建模的过程中因为是原子替换，则Al被Mg替换，替换前后，整个体系价电子数反而减少了，体系应该是带正电，那么问题到底出在哪里？是我理解错了吗？怎么建立跟实际相同的模型呢？
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第一性原理计算-tg VASP第一性原理计算

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1楼 2016-12-14 19:56:37
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jpchou

专家顾问 (著名写手)
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缘木得猫(漫天飘雪代发): 金币+5, 谢谢交流 2016-12-14 22:09:30
但建模的过程中因为是原子替换，则Al被Mg替换，替换前后，整个体系价电子数反而减少了，体系应该是带正电，那么问题到底出在哪里？是我理解错了吗？

你的問題裡面有一個問題，很重要的問題
以你的例子?碚f， Al 被 Mg 替換
是整個系統所有的 Al 全被 Mg 替換?
還是整個系統中單一顆 (或 n 顆) Al 被 Mg 替換?

後者的話，那你的理解就沒問題
整個系統的其中一個 Al (13 個價電子) 若是被 Mg (12 個價電子) 替換
那系統就會帶 +1 電荷 (少一個價電子)

若是前者
比方 graphene，unit cell 中會有兩顆 C (4個價電子)
其中一顆 C 若是被 N (5個價電子) 取代
那形成的材料叫 CN (carbon nitride)
或是 CN 的 C 被 B 取代
那形成了 BN (boron nitride)
這樣?K不會出現 帶電的問題
因為它會形成不同的結構，是不同的材料
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2楼2016-12-14 21:06:50
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jpchou

专家顾问 (著名写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
??????}~ ??????c?}?s

1. ?? DFT ??? ??y"?????????" ????? neutral ???B
    ?κ?????????r??o????????
    ???????? NELECT ?????y?????c????r
    ?????w (VASP, QE, CASTEP ...) ??????? "????" ???????  ???  ??????
    ?????????y?????? neutral ??B
    ?????????????M?????
    ?@????g???????

2. ?????????c?v?? "neutral"
    ??????????????r???????]
    ?K????"????"
    ??????f~ ??????????y??????w Mg(?r???2?w) ????w O (?r???6?w)
    ????y???????? 8 ??r???????????y?????? neutral
    ???????y????w Al (?r???3?w) ????w O (?r???6?w)
    ????y???????? 9 ??r???????????y?????? neutral
    ?????~???c?????? (POTCAR) ?r????y?????? neutral

????????}


???????????????????????Al3+??Mg2+?滻????????????????
> ??Q??????????f????y??? neutral???????]???????????????
   ??y?????? "??????"????????y??????w?r????????????y????

????????????Al????Mg?滻???????NELECT=????????+1??????????????????????????????
> ?????? "???" ????N

    ??????????????????
    ?????????v????
    "Al3+ ?? Mg2+ ???" ~  ?@????????? "???"
    ???????@?N?????????:

    "?????????????NELECT=????????+1??????????????1?????????????????????????????????????"

    ?????????????????   "Al3+ ?? Mg2+ ???"  ?????
    ???@???v?????_???

???^~?x???@???a??????????
??N???? "???????1???????????????"
?@..... DFT ??w?e?????????k?????
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缘木得猫
6楼2016-12-15 16:54:28
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jpchou

专家顾问 (著名写手)

【答案】应助回帖

?????castep????????????properties-charge???????????????????????????1????????POSCAR????vasp????????grep ??NELECT'  OUTCAR???????????????????????????????????????м????????????charge?????????????1??????????????У??????????????????????????????????????????????????С????????????????????????е??
>   ???v???N???????????? CASTEP ?O?????????? POSCAR
     POSCAR ?K?????????????@????
     POSCAR ????? "????Y??"???]?? "???????"
     ????????? VASP ???????^ INCAR ??{??

     CASTEP ??????????????O?? "??w?????"
     ?????? VASP ????O?? "??y?Л]?????"
     ???]???k?? "???" ???w?????
     ??? VASP ???????????V?????????????@?????


????????????У??????滻??????castep???????????????modify element??????滻????Al??Mg?滻?????????????????????????????200???199
>  ?@??????????????????x?? 200 ?? neutral
     ?? 199 ?????????? "?p??"????y????????
     ?@??????????K?????
  
     ???????????w?r???? 10 ????????????
     ????y???? 100?????????? 100 ????r???? neutral
     ???????????w?r???? 10 ???A????????????w?r???? 9 ???B???
     ???@?????y 10A+9B=99 ???????????? neutral

     ?? VASP ????У???????? 100 ?w ?r???? 10 ????y
     ?? INCAR ?и?? NELECT???@????y????? "???"
     ??????????f?????w???????????м??????????????y??????F neutral
     
     ??????r????? 10A+9B=99 ????y
     ?@?????y NELECT ?????? 99?????? neutral
     ???? 99 ????????


????????????????е????????????????????????????NELECT??????neutral???????????????NELECT??????????????????????????neutral????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????е???????????????
>   ???
     ??????? NELECT??????y???h???? neutral
     ?????????????y?????? neutral
     neutral ?????????????邀?e???r??????
     ???e???r???????? POTCAR ?e???

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>  ????????п????@??
     ?@?????F???????????
     ???w???????????x?????????о????????
     ???x???? "????????"
     ??????????w????Y???ó???
     INCAR ??? NELECT = xxx
     ?@?? xxx ???????????????p?
     ?@????????y???ǎ? +1 ???
     ??..... ?@????]??~
     ?]?k?? "???" ??????w???????
     ????????? ??????y ?????

     ??????f
     ??????F??????l???? defect
     ????????????????????
     ?@????????l??????
     
      ??????????? nitrogen-vacancy (NV) defect in diamond bulk ???о?
      ??о? NV(-)
      ???ǜ??? diamond bulk???e????????? NV defect
      INCAR ???? NELECT ???y?? -1
      NV(-) ??????γ???

      ??????y?????@??????~ ???~ ??????}???F?
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8楼2016-12-15 23:29:53
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缘木得猫

新虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by jpchou at 2016-12-14 21:06:50
但建模的过程中因为是原子替换，则Al被Mg替换，替换前后，整个体系价电子数反而减少了，体系应该是带正电，那么问题到底出在哪里？是我理解错了吗？

你的問題裡面有一個問題，很重要的問題
以你的例子?碚f， Al ...

不好意思，jpchou大神，我没说清楚，1.意思是整个系统中一个Al被Mg替换。2.但是还是有问题，实际过程中是Al3+被Mg2+替换，导致体系带负电荷，我可不可以在用Al原子被Mg替换之后，设置NELECT=中性价电子+1来使得整个体系显负电来与实际匹配呢？但这样做，因为我的是超胞带真空层，会导致静电排斥力吧？（我看过您有个帖子的回复）。所以，我干脆设置NELECT=中性价电子+1，然后再在真空层加1个带正电荷阳离子，这样整个体系也电荷平衡了。不知道这么做对不对?您的看法呢？
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3楼2016-12-15 08:14:43
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浅沫小璇


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4楼2016-12-15 08:21:34
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缘木得猫

新虫 (小有名气)
顶顶。
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5楼2016-12-15 16:46:41
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缘木得猫

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引用回帖:
6楼: Originally posted by jpchou at 2016-12-15 16:54:28
你問的問題~ 層次有點複雜

1. 目前 DFT 計算， 系統"一定一定一定" 只能在 neutral 的狀態
    任何帶正負電的情況是無法直接計算
    所以當改變 NELECT 使的系統帶正點或負電時
    計算軟體 (VA ...

直接在castep中选中原子后，选择properties-charge可以设置原子带电荷，设置某个原子为1，然后导出成POSCAR，用vasp静态计算后，grep ‘NELECT'  OUTCAR，之后发现价电子数的确减少了。或者建立个晶胞，中间放入原子，设置charge按钮，改变设置为1，计算，得到的结果中，布居显示，该原子是带正电荷，然后复制这个原子，粘贴到超胞真空层中。我个人觉得这两种方法都是可行的。
我开始的设想，我没表达清楚。开始要表达的意思是：实际晶体中，我们说替换都是离子替换，比如Al3+被Mg2+替换，替换后，体系带负电荷。但是建模的过程中，我们替换都是在castep中直接选择原子，然后modify element，原子替换，则Al被Mg替换之后，体系反而价电子减少，比如价电子由200变为199。我觉得，这不符合实际的情况，连体系正负电性都变了。所以，我觉得是否能够设置NELECT=200+1，这样体系相比于200的价电子体系，就是负的，这样就符合实际了，但时又会导致整个体系是呈负电的，为了平衡电荷，所以会添加个带正电荷的原子在真空层，这也是实际晶体离子替换后，有阳离子吸附在晶体表面的正常现象。
看了您的回答了，我有点懵了。意思是不管怎么替代，不设置NELECT，系统是neutral状态，可以计算。设置NELECT，系统在背景加入假反向电荷，系统还是neutral状态。这样，就可以计算。那怎么考虑物理上的问题，我要怎么做才能达到符合实际情况呢？或者根本达不到实际情况？有点没理解您的意思。
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7楼2016-12-15 20:58:42
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缘木得猫

新虫 (小有名气)
引用回帖:
8楼: Originally posted by jpchou at 2016-12-15 23:29:53
直接在castep中选中原子后，选择properties-charge可以设置原子带电荷，设置某个原子为1，然后导出成POSCAR，用vasp静态计算后，grep ‘NELECT'  OUTCAR，之后发现价电子数的确减少了。或者建立个晶胞，中间放入原子 ...

首先，再次对您表示感谢，这么有耐心的回复我，看过您对其他人的回复也是有求必应，在小木虫里实在是难能可贵了。其次，我终于发现，我的问题出在哪里了。我现在明白了，其实是这样的，Al被Mg替换了，Mg跟Al相比少了一个价电子，要想成键必须从别的地方夺取一个电子，这时一个原子的吸附，就会导致该原子失去电子，变成阳离子，而Mg那里得到电子变成Mg-，这时候整个体系还是中性的。不是设置成阳离子吸附在带电子表面，而是结果是得失电子后，变成了阳离子吸附在带电子表面了。。我曾经就是这么想的，但是这次还是被我自己给绕进去了。。
至于说的，设置原子带电的事，我也知道了POSCAR本来就只有原子位置和晶格参数，但有天自己在castep中试了下，设置原子带正电荷，不知道为什么直接用vasp静态计算后，得到的总价电子数会减少，，现在想起来，的确有点诡异了。
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9楼2016-12-16 13:10:12
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jpchou

专家顾问 (著名写手)

【答案】应助回帖

???????ζ????????л???????????????????????????????????????????????С???????????????????
> ?????????о????P??|????????F????????????@?N?C??~ ??

??Σ?????????????????????????????????????????????????????Al??Mg?滻???Mg??Al?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????Mg????????????Mg-???????????????????????????????ó????????????????????棬???????????????????????????????????????????????????????????????????λ????????????????????
> ??_???@?????r????l??
   ???^??????c????~ ???????????????????????????w????
   ?? OUTCAR ???? (??^ LORBIT >= 10)
   ?? Bader charge analysis ?
   ??.... ??


??????????????????????????????POSCAR????????????λ?ú????????????????????castep????????????????????????????????????vasp????????????????????????????????????????????е???????
> ???`?????????@?N??????l????~ ??????
   ???L?r?g???????????l???@???????
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10楼2016-12-16 16:29:44
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