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北京石油化工学院2026年研究生招生接收调剂公告
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souledge

专家顾问 (著名写手)

[资源] 建立石墨烯（Graphene）的模型

现在石墨烯很火，虽然本人不是做这个方向的，但是偶尔也尝试下。
但是惊奇的发现，一个建模问题居然难倒了N多人，还讨论来讨论去的，实在有点无语，事实上，只要对晶体学的知识比较熟悉，自己画那么一层六方框框出来，然后把六方坐标轴在六方晶系常作原点的地方试几下，这个问题就解决了。
好吧，我不得不多说一句，晶体学是建模的基本功，虽然Materials Studio或者其他工具可以让建模变得轻松惬意，但是没有这些基础的知识，谁也无法保证建出来的模型是中看还中用的～
直接说建模的结论了，石墨烯中的碳原子位置是与六方二硼化钛中的硼原子完全等价的。
在PWscf中建模时（也包括其他所有的第一性原理软件输入文件），只能针对14种布拉菲格子的原胞基矢来建立，而空间群的对称性都是再软件计算时进行分析的。
所以，如果写为某空间群形式，石墨烯中等价位置其实只有一个，但是作为一个原胞，就必须是两个，因为对称性没有空间群中那么完善，需要自己补充。
所以首先建立六方的坐标：
CODE:
ibrav = 4,
celldm(1) = a*sqrt(3),
celldm(3) = N,

其中a是石墨烯中两个相邻碳原子的距离，N可以设置的足够大。
而如果手动指定基矢，则是：
CODE:
ibrav = 0,
celldm(1) = a*sqrt(3),
CELL_PARAMETERS cubic
1.0  0.0  0.0
-0.5  sqrt(3)/2  0
0.0  0.0  N

第二个方法适用于所有的第一性原理软件输入文件建模。
然后是原子位置：
CODE:
ATOMIC_POSITIONS crystal
  C  2/3  1/3  1/2
  C  1/3  2/3  1/2

把C放再Z轴中间是为了在可视化软件中易于观察和调节角度（当然，Z轴位置在哪里都是同样的计算结果）。
如此，就可以得到简单的石墨烯原胞模型：

不放心可以看沿X和Y轴方向扩展的结构：

扩展一下，如果是Abinit，可以建模为：
CODE:
acell  2*a*sqrt(3)  N
rprim
1.0  0.0  0.0
-0.5  sqrt(3)/2  0
0.0  0.0  1.0
natom  2
ntypat  2
znucl  6
typat  1  1
xred
  1/3  2/3  1/2
  2/3  1/3  1/2

而ELK，则可以是:
CODE:
scale
  a*sqrt(3)
avec
  1.0  0.0  0.0
  -0.5  sqrt(3)/2  0
   0.0  0.0  N
atoms
1
'C.in'
2
0.3333333333  0.6666666667  0.0000000000  0.0000000000  0.0000000000  0.0000000000
0.6666666667  0.3333333333  0.0000000000  0.0000000000  0.0000000000  0.0000000000

VASP的POSCAR：
CODE:
Graphene
  a*sqrt(3)
        1.0  0.0  0.0
        -0.5  sqrt(3)/2  0
         0.0  0.0  N
  2
Direct
   1/3  2/3  1/2
   2/3  1/3  1/2

最后是CASTEP的*.cell文件：
CODE:
%BLOCK LATTICE_CART
  a*sqrt(3)  0.0  0.0
  -a*sqrt(3)/2  a*3/2  0
  0.0  0.0  N
%ENDBLOCK LATTIC_CART
%BLOCK POSITIONS_FRAC
  C  1/3  2/3  1/2
  C  2/3  1/3  1/2
%ENDBLOCK POSITIONS_FRAC

注：除Abinit外，其他软件不具备计算除法和开方的功能，所以要把分数和无理数替换为有效数字稍微多一点的小数形式
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1楼 2012-01-25 00:47:12
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

souledge

专家顾问 (著名写手)
引用回帖:
21楼: Originally posted by panzky at 2013-11-25 12:27:03
顺便问下，小弱在运行elk的例子graphene的时候，得到的energyband如下：

为啥和vasp做出的energyband有这么大的差别呢，难道elk本身提供的例子还需要改动吗？

ps:采用elk-2.2.8中的in文件，将Bohr单位换算到S ...

ELK自带的这个graphene的例子有点问题，不但自己就没有加能带计算，而且结果上非常诡异~可以试试在其基础上，将K点坐标修改为0.333333  0.666667  0.0，然后重新绘制Band Structure看看。
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22楼2013-11-25 16:43:04
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普通回帖

yibabamsini

金虫 (小有名气)

★★★ 三星级,支持鼓励

虽然看不太懂，但觉得楼主的思维方式很正确，有道理，赞一个
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2楼2012-01-25 11:18:14
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Quan.

金虫 (文坛精英)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

不错！学习了！
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4楼2012-01-26 08:19:48
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沧海扶摇

金虫 (小有名气)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

非常有用，谢谢
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5楼2012-02-20 22:20:16
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独唱团

金虫 (正式写手)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

学习了。。。。。
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6楼2012-02-20 22:59:29
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flymice

金虫 (著名写手)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

晶体基础不好的人伤不起呀。
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7楼2012-03-06 15:51:51
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dyadic

铜虫 (小有名气)

★★★ 三星级,支持鼓励

souledge: 取消置顶 2012-04-12 22:58:00
和ATK的模型有什么区别啊
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9楼2012-03-10 15:55:32
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ifmc1234

木虫 (著名写手)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

souledge: 取消置顶 2012-04-12 22:57:59
可视化的软件名是什么？
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10楼2012-04-12 21:07:04
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ifmc1234

木虫 (著名写手)
souledge: 取消置顶 2012-04-12 22:57:58
可视化的软件名是什么？
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11楼2012-04-12 21:07:53
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arrinas

铜虫 (初入文坛)
引用回帖:
11楼: Originally posted by ifmc1234 at 2012-04-12 21:07:53
可视化的软件名是什么？

应该是xcrysden
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12楼2012-08-04 21:27:31
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joshie

新虫 (初入文坛)
pwscf建模，超胞经常用到的是平行四边形和矩形。可以分别编译小的通用程序得到任意超胞。
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13楼2012-09-27 10:32:11
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yolanda1234

金虫 (小有名气)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

晶体学没有一点基础的人，伤不起，该学习什么能够入门的？楼主建议一个~~~
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15楼2013-01-14 17:02:06
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张志广

银虫 (小有名气)

★★★ 三星级,支持鼓励

嗯 不错啊
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16楼2013-05-17 11:14:48
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Pinkman

新虫 (初入文坛)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

学习了。。。。。
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17楼2013-07-18 08:53:33
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jasenkingjoy

木虫 (正式写手)

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19楼2013-09-22 16:47:02
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奔跑的爷们

银虫 (正式写手)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

楼主大神！解决了我一个难题！小红花一朵奉上
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20楼2013-09-29 17:01:38
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panzky

银虫 (小有名气)

★★★★★ 五星级,优秀推荐

顺便问下，小弱在运行elk的例子graphene的时候，得到的energyband如下：
建立石墨烯（Graphene）的模型
为啥和vasp做出的energyband有这么大的差别呢，难道elk本身提供的例子还需要改动吗？

ps:采用elk-2.2.8中的in文件，将Bohr单位换算到SI中，c-c的键的键长为1.42A，其中的 k-points 和相应坐标也都核对了一下

[ Last edited by panzky on 2013-11-25 at 12:31 ]
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21楼2013-11-25 12:27:03
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panzky

银虫 (小有名气)
引用回帖:
22楼: Originally posted by souledge at 2013-11-25 16:43:04
ELK自带的这个graphene的例子有点问题，不但自己就没有加能带计算，而且结果上非常诡异~可以试试在其基础上，将K点坐标修改为0.333333  0.666667  0.0，然后重新绘制Band Structure看看。...

那个自带的例子，之前也查了elk的官方论坛，相关链接为 https://sourceforge.net/projects ... 97820/topic/5253880
主要是说“ linearisation energy”这个地方出现问题了。官方指出的可能原因是 muffin-tin radius 取的小了，建议换一种基组。小弱不太明白官方人员Markus的意思，只是按其贴图修改了species里面的C.in，可仍旧没有根本改善。
昨天按楼主的建议修改了k点的坐标，能带图的确改善了，但Warning仍旧没法抹去：
建立石墨烯（Graphene）的模型-1
而上面的错误还同时包含了”total charge density incorrect“也没有在其它例子中见过，不知log文件提到”muffin-tin radius reduced from 1.800000000  to  1.317021833“是不是跟“ linearisation energy”相关。
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24楼2013-11-27 19:04:19
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souledge

专家顾问 (著名写手)
引用回帖:
24楼: Originally posted by panzky at 2013-11-27 19:04:19
那个自带的例子，之前也查了elk的官方论坛，相关链接为 https://sourceforge.net/projects/elk/forums/forum/897820/topic/5253880
主要是说“ linearisation energy”这个地方出现问题了。官方指出的可能原 ...

那个MT radius reduce是由于MT重叠过多（一般是超过了5%），只能减少MT半径而已，跟linearisation energy可能关系不大。不过那个warning我这里到是没见过（使用2.2.5）～
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25楼2013-11-27 21:39:08
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panzky

银虫 (小有名气)
引用回帖:
25楼: Originally posted by souledge at 2013-11-27 21:39:08
那个MT radius reduce是由于MT重叠过多（一般是超过了5%），只能减少MT半径而已，跟linearisation energy可能关系不大。不过那个warning我这里到是没见过（使用2.2.5）～...

Thank you，O(∩_∩)O~
There may be more valuable things to be carefully considered.

[ Last edited by panzky on 2013-12-17 at 15:50 ]
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26楼2013-12-01 11:17:56
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ice_burg

新虫 (初入文坛)

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我错了 原子坐标精度不够
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27楼2014-04-17 10:13:26
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BigBlackBear3楼
2012-01-25 12:40   回复  
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sg184089268楼
2012-03-06 21:40   回复  
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wangganglzu14楼
2013-01-05 15:07   回复  
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453164718楼
2013-07-28 15:47   回复  
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wuli823楼
2013-11-25 17:24   回复  
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