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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 » QE(Pwscf) » 建立石墨烯（Graphene）的模型
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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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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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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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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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