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昨天我们详细阐述了吸附基底建模需要注意的相关问题,点击链接回顾文章《这是解决你吸附模拟所有疑惑的文章》,本文我们来学习如何进行表面能收敛性,从而确定基底和真空层厚度。
{目录}一、表面能计算公式二、建模及计算注意事项三、Cu()面基底和真空层厚度的收敛性测试表面能什么是表面能表面能是恒温、恒压、恒组成情况下,可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功。简单来说就是表面产生后,由于表面原子存在不饱和键(也叫作悬挂键),使得表面比体内具有更高的势能,称为表面能。
表面能可以作为测试slab模型在不同基底或真空层厚度时的稳定性判据,逐渐增加slab厚度或ThicknessofVacuum后,当表面能误差趋近于0.eV,即可视为模型合理。
表面能的不同计算公式1、固定slab模型底层原子,仅弛豫上表面两到三层原子公式来源DOI:10./C7NRE在同一计算级别下得到如下信息slab模型优化后的能量(左)slab模型单点能(中)bulk模型优化后的能量(右上)表面能公式如下:其中,A为表面面积(右下),n的取值需要使n*bulk模型的总原子数等于slab模型。2、弛豫所有原子或仅弛豫上下表面的原子公式来源DOI:10./nano表面能公式如下:本文采用此方式进行测试。注意事项建模注意事项
①对于不同基底层数的收敛性测试,需要保证真空层方向的晶胞长度(注:不是真空层)一致,否则表面能会随着基底厚度的增加而增加,导致无法收敛;②真空层测试仅需要保持基底层数不变即可。计算注意事项①slab模型结构优化过程中,要保证晶胞形状和体积不变(ISIF=2);②采用单胞进行测试即可。实战演练本例中对Cu()面不同基底和真空层厚度进行了收敛性测试。
DOI:10./PhysRevB.87.
下表中基底层数为Cu原子层的层数;
原子数代表slab模型总原子数;
优化能量为slab模型的总能量;
为了与文献保持一致,A表示一个表面的原子数;
Difference为当前结构与上一结构表面能差。
结合图表信息可以发现,当Cu()基底原子层层数为7时,表面能收敛至0.eV/atom。同理,真空层厚度选择6.3即可(注:因为吸附建模时需要在基底上放吸附物,所以此处真空层厚度的选择需要加上吸附物的高度)。