晶格參數的案例
基于Material Studio軟件使用第一性原理預測AlAs的晶格參數
構建AlAs晶體結構
為了構建晶體結構，需要了解空間群、晶格參數和所要建立的晶體的內坐標等知識。對AlAs 來說，空間群是F-43m，或者空間群代號為216。晶格中有兩個原子，Al 和As 的分數坐標分別為(0，0，0)和(0.25，0.25，0.25)，晶格參數為5.6622 ?。
第一步是建立晶格。
在Project Explorer中，右擊根目錄并選擇New | 3D Atomistic Document。在Project Explorer中右擊該文件，將文件重新命名為AlAs.xsd。
從菜單欄上選擇Build | Crystals | Build Crystal。
顯示Build Crystal 對話框，如圖5－1。
點擊Enter group輸入216，按下TAB鍵。
Space group information欄被F-43m空間群的信息所更新。
選擇Lattice Parameters選項卡，將a的值從10.00 改變5.6622。按TAB鍵，然后點擊Build按鈕。
圖5－1 Build Crystal對話框
在3D視圖中顯示一個空白的晶格，現在可以添加原子。
從快捷菜單欄選擇Build | Add Atoms。
顯示Add Atoms對話框。
圖5－2 Add Atoms對話框
使用該對話框，可以在指定位置添加原子。
在Add Atoms對話框上，選擇Options選項卡。確保Coordinate system設置為Fractional。選擇Atoms選項卡。在Element 文本框中，輸入Al，然后點擊Add按鈕。
Al原子被添加到結構中。
在Element 文本框中，輸入As。在a、b 和c 文本框分別輸入0.25。點擊Add按鈕。關閉對話框。
展開 用VASP求硅的電子態密度和能帶
優化晶格參數,求出能量最低所對應的晶格參數
(3). 固定晶格參數, 求出能態密度(DOSCAR), 確定費米能量
(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽計算,得到輸出文件EIGENVAL
(5). 提取數據,畫圖
(1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
(2). 優化晶格參數,求出能量最低所對應的晶格參數
運行VASP程序, 查看SUMMARY.fcc輸出文件:
(3). 固定晶格參數, 求出能態密度(DOSCAR), 確定費米能量
(i) 找到平衡晶格常數后, 把該值寫入到POSCA件中,并增加K點數作一個離子步自洽計算(NSW = 0, IBRION = -1) .
(ii) 從DOSCAR輸出文件中讀出態密度和費米能級,費米費米能級也可從OUTCAR中讀出.
(4). 做非自洽計算, 求電子結構
? 修改INCA件: 將參數ICHARG設為 11
? 修改KPOINTS輸入文件
? 運行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結構
畫出電荷密度
? VASP輸出電荷密度文件CHGCAR
? 采用免費程序LEV00處理數據文件CHGCAR www.cmmp.ucl.ac.uk/lev
最后，有MD相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
公眾號：320科技工作室。
展開 北科大今日Science:新型“相間應變”策略構建具備巨大極化強度的鐵電薄膜
該研究發現利用晶格結構相似、晶格參數不同的兩種材料，在外延生長時晶界處的晶格參數是相互匹配的，從而可在材料間產生各向同性應變，即“相間應變”。利用這種“相間應變”策略，研究人員在PbTiO3外延復合鐵電薄膜上引入高負壓從而實現了巨大的極化性能，其剩余極化強度可達到236.3微庫倫/cm2，是現有已知鐵電體的2倍。此外，這種薄膜的超四方性相在725℃的高溫下依然穩定，而對應塊體的相轉變溫度卻只有490℃。2018年8月3日，相關成果以題為“Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain”在線發表在Science上。
【圖文導讀】
圖1 PbTiO3外延復合薄膜的晶體結構表征
圖2 PbTiO3外延復合薄膜的微結構表征
圖3 PbTiO3/PbO界面的理論計算表征
圖4外延復合薄膜的性能表征
文獻鏈接：Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan2433）
來源：材料人 作者：NanoCJ
展開 金屬所在鐵電異質界面 發現極化巨大增強現象
利用具有原子尺度分辨能力的像差校正電子顯微術，發現在具有頭對尾極化特征的界面附近，鐵電PbTiO3中存在約~8%的面外晶格拉長現象，并伴隨104%，107%以及39%的Ti，O1和O2離子位移（δTi，δO1，δO2）增加。這意味著相比塊體材料，薄膜PbTiO3在PbTiO3/BiFeO3異質界面處有高達70%的極化增強。
圖1. BiFeO3/PbTiO3薄膜界面處的晶格參數，應變和離子位移分析。在BiFeO3/PbTiO3界面附近，不僅面外晶格參數（c）顯著拉長，Ti和Fe沿面外方向的離子位移（δTi，δFe）也顯著增大，預示界面附近PbTiO3中鐵電極化顯著增大。
圖2.（a-e）ABF-STEM像進一步驗證BiFeO3/PbTiO3界面極化提高。（f-j）PbTiO3層厚度不同時（2、3、6、17單胞），BiFeO3/PbTiO3界面處都存在面外晶格顯著拉長現象，預示PbTiO3厚度減小到2單胞時，極化仍顯著增強。
圖3. BiFeO3/PbTiO3界面的電子能量損失譜(a-c)和X射線光電子譜(d-e)分析表明，在BiFeO3/PbTiO3界面處存在氧空位聚集以及Fe3+向Fe2+的轉化。
同時，BiFeO3中的極化也比塊體值顯著增強。基于電子能量損失譜、X射線光電子譜以及第一性原理計算，他們提出異質界面極化巨大增強的電荷傳遞新機制并證實在上述構筑理念下極化巨大增強現象的普遍性。該研究結果不僅為探索新型鐵電界面效應提供了新途徑，也為破解鐵電超薄薄膜極化降低的科學難題提供了嶄新的思路，對納米鐵電器件的發展具有重要意義。
該項研究得到了國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目以及科技部“973”計劃等資助。相關成果于5月31日在《納米快報》上在線發表。
展開 
基于LAMMPS模擬Cu單晶疲勞循環加載過程
疲勞壽命是表征材料在循環載荷作用下抵抗破壞能力的參數，宏觀上可以通過疲勞實驗測量。但是，宏觀與微觀之間存在差異，例如，微觀裂紋的萌生和擴展在宏觀實驗中可能難以直接觀察。為獲得循環載荷作用下材料行為的分子模擬和實驗結果間的定量比較與普適性解釋，通常以材料內部的微觀結構變化為特征，極端情況是材料內部無損傷和完全斷裂，介于兩者之間的所有其他狀態都可以認為是不同程度的損傷累積。
分子動力學在研究材料的循環加載行為及其微觀作用機理方面正逐漸展現出不可替代的價值。以銅（Cu）為例，作為廣泛應用的工程材料，其力學性能和循環加載下的響應特性是科研和工業界關注的焦點。選取面心立方（FCC）結構的Cu作為研究對象，其晶格參數來源于標準的晶體學數據庫，典型的Cu晶格參數為a=b=c=3.615?，α=β=γ=90°，形成高度對稱的立方晶胞結構。為了模擬實際材料中的加載情況，首先需要構建一個足夠大的Cu單晶模型，確保模擬結果能夠反映材料的宏觀行為而不受模型尺寸的限制。
圖1 (a)循環載荷加載曲線；(b)分子動力學模型
模型采用第三章中的 (100) 取向立方結構模型，X、Y、Z 三個方向分別對應于 [100]、[010]、[001] 取向,三個方向均采用周期性邊界條件以消除邊界效應。通過控制應變，采用拉壓循環的方式進行加載，應變比為 R =?1 ( R 為每次循環的最小應變與最大應變之比)。加載示意圖如圖1（a）所示。為了研究循環加載下溫度和應變率對疲勞力學性能和變形機理的影響，分別在300K溫度下和應變率為1×109s-1的條件下進行了模擬計算，此外，還考慮了正弦形波循環加載對力學性能和變形機制的影響。
展開 XRD分析軟件只會Jade？還有更不錯的！
（6）可以更改原始數據的步長、起始角度等參數。
（7）可以進行0點的校正。
（8）可以對峰的外形進行校正。
（9）可以進行半定量分析。
（10)物相檢索更加方便，檢索方式更多。
（11）可以編寫批處理命令，對于同一系列的衍射圖，一鍵搞定。
一直很想用，可是在網上沒有找到這個軟件，看以后吧。
4.jade
和highscore相比自動檢索功能少差，但它有比之更多的功能。
（1）它可以進行衍射峰的指標化。
（2）進行晶格參數的計算。
（3）根據標樣對晶格參數進行校正。
（4）輕松計算峰的面積、質心。
（5）出圖更加方便，你可以在圖上進行更加隨意的編輯。
當然大家用的最多的還是jade來分析
首先將文檔拖入Jade里面
他的一些功能是這樣的：
雙擊測試好的文件，一般為RAW格式
物相檢索，也就是“物相定性分析”。它的基本原理是基于以下三條原則：
（1）任何一種物相都有其特征的衍射譜；
（2）任何兩種物相的衍射譜不可能完全相同；
（3）多相樣品的衍射峰是各物相的機械疊加。因此，通過實驗測量或理論計算，建立一個“已知物相的卡片庫”，將所測樣品的圖譜與PDF卡片庫中的“標準卡片”一一對照，就能檢索出樣品中的全部物相。
物相檢索步驟包括：
（1）給出檢索條件：包括檢索子庫（有機還是無機、礦物還是金屬等等）、樣品中可能存在的元素等；打開一個圖譜，不作任何處理，鼠標右鍵點擊“S/M”按鈕，打開檢索條件設置對話框，去掉“Use chemistry filter”選項的對號，同時選擇多種PDF子庫，檢索對象選擇為主相（S/M Focus on Major Phases）再點擊“OK”按鈕，進入“Search/Match Display”窗口。
展開 lammps在金屬位錯動力學上的應用
而提取的主要依據就是晶格畸變參數，位錯的位置就是晶體晶格畸變參數明顯的原子組的定位，在lammps模擬過程中，我們添加了晶格畸變參數的計算，以便對數據文本的處理。提取后的效果是比較明顯的，模型中最后只留下了產生位錯的原子組合。
位錯提取前（左）與提取后（右）
模擬結果
由于合金含量不同，單一位錯開動的是不一樣的。如下圖所示，單一位錯在持續恒力的條件下，當持續應力達到一定值時，位錯會發生一個明顯的運動，此時我們可以判定位錯克服晶格阻力產生了位移突變，即克服能壘進入熱驅動狀態，而隨著應力的增大，位錯的運動并不能很明顯地產生，這是由于應力增大后位錯開動后所剩的力會導致位錯周圍的原子再次對位錯產生反作用或者釘扎從而使位錯發生反向運動或者依然保持不動。
刃位錯(左)和螺位錯（右）不同Cr比例下的P-N力
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展開 AFM：利用鑭系收縮，構筑高電壓LiCoO2正極
綜上表征，Li層中的Lu原子可以作為支撐Co-O層的支柱，從而通過減少層間距的變化來減少LiCoO2的晶格應變。由于這種結構優勢，抑制了不利的相變、氧氣釋放、微裂紋形成和電解質分解。因此，與PLCO-石墨軟包電池相比，Lu-LCO-石墨軟包電池中的氣體釋放受到顯著抑制（圖2d的插圖）。由于鑭系元素的化學性質相似，上述Lu-LCO的高電壓穩定性調制機制也適用于其他Ln-LCO。
（3）鑭系收縮與LiCoO2結構穩定性的關系
為了解鑭系元素收縮如何影響Ln-LCO的電化學性能，首先通過XPS和XRD技術研究了合成樣品。XPS確定Ln-LCO中的Ln離子的價態為+3，因此它們的離子半徑符合鑭系收縮定律。從Pr-LCO到Lu-LCO，（003）衍射峰逐漸向更高的2θ角移動（圖3a），說明Ln-LCO的c軸間距隨著Ln離子半徑的減小而減小。
此外，Rietveld精修晶格參數c與計算的Ln-O鍵長呈線性相關，如圖3b所示。基于這些實驗現象，可以初步得出結論，Ln-LCO隨著鑭系元素收縮而逐漸提高的高電壓穩定性與其晶體結構有關。
【圖3】a）在（003）衍射峰處的各種Ln-LCO的XRD圖。b）Ln-LCO的Rietveld精修晶格參數c與Ln-O鍵的鍵長之間的關系。虛線表示線性擬合。c）PLCO和Ln-LCO沿c軸的Co-Co間距。Cox和Coy遠離Ln原子。d）LiCoO2結構中沿c軸方向的Co力，作為不同程度的Co偏移的函數。e）Ln-LCO中離Ln離子最近的氧原子的氧釋放能量。f）循環后，PLCO和Ln-LCO的EPR強度變化趨勢。
通過理論模擬比較了不同位置的兩個相鄰Co原子之間的間距。如圖3c所示，最靠近Ln原子的兩個Co層之間的間距大大擴大，而下一個最近的Co層之間的間距小于前者。
展開 小邦科研、科研好幫手
幾何性質：結構參數（鍵長、鍵角、晶格參數、原子位置），穩定構型等 3. 光學性質：介電常數，吸收曲線，折射率，FDTD模擬等 4. 表面性質：表面吸附能，表面能量，表面重構、缺陷等結構，STM模擬，反應機理等 5. 電子性質：能帶結構，電子態密度，電荷密度分布，電子局域化函數，電子密度差，載流子遷移率， HOMO/LUMO等 6. 材料/能源/化學及其交叉學科相關的從頭分子動力學模擬：界面性質，紅外光譜，power spectrum等 7. 其他性質：晶格動力學性質（聲子譜），材料體系 激發態（GW準粒子修正） 有需要的老師、同學請加VX：13529745401
展開 澳大利亞南昆士蘭大學陳志剛&昆士蘭大學鄒進團隊：通過引入面空位缺陷陣列和能帶工程來實現高性能GeTe
這種高密度的平面空位與晶界和點缺陷一起，導致Ge1-x-yCdxBiyTe中的晶格熱導率急劇下降。最終，實現了2.2的峰值zT，這促使GeTe成為一個尖端熱電材料的梯隊。
【成果簡介】
針對GeTe的多能帶現象，研究者們利用Cd參雜來減小這些能帶間的能量差，這個現象被計算的能帶得以證實。而且，測試的電性能參數確實得到有效提升，詳細的電子輸運模擬分析發現，塞貝克系數的提升是源于次能帶的貢獻增加導致的。但載流子濃度在Cd參雜的GeTe中依然偏高。利用Bi參雜，有效降低載流子濃度，使得功率因此實現較優化的值。測試的熱導率也顯著降低。為深入理解此種現象，研究者們做了大量的TEM和球差STEM電鏡表征。發現這種材料中存在大量的面空位陣列。聲子輸運模擬揭露出，此種新型面空位陣列主要散射中頻聲子，結合材料中的晶界以及由于參雜帶來的點缺陷，就實現了一種寬頻聲子散射機制。從而就得到了顯著降低的熱導率。
在該項成果發表之前，課題組先研究了GeTe相變對熱電性能的影響。首先利用Sb參雜來調控載流子濃度，實現較優化的功率因子。在此基礎上，利用In參雜來實現DOS在費米能級處的局部畸變，從事實現功率因子的進一步增大。在Sb和In共參雜的GeTe中，研究者們發現相變溫度有所降低。首先，利用原位變溫XRD譜，得到了一些列不同溫度下的GeTe的晶格參數，根據這些晶格參數，計算了相應溫度下的能帶和聲子色散譜。GeTe的能帶結構中，有兩個不同的價帶可以參與載流子傳輸。隨溫度升高，價帶見的能級差降低，在相變位置處，能級差產生顯著降低的跳躍。Cubic相對于更小的能級差，而且能帶簡并度顯著增大。從而高溫相對于的電性能會更好。而且聲子色散譜以及聲子動力學分析發現，cubic相對應的本征晶格熱導率更低，即不考慮外在聲子散射。
展開 ACS Nano：化學有序原子壓層材料(i?MAX)的起源：通過理論/實驗方案擴展元素空間
圖六 i-MAX相的總態密度（DOS）和投影晶體重疊哈密頓群（pCOHP）
計算DOS：（a）(Mo2/3Sc1/3)2AC，（b）(Mo2/3Y1/3)2AC，其中A = Al、Ga、In、Si、Ge、Sn
計算總的和原子態密度以及pCOHP分析：（c，d）(Mo2/3Sc1/3)2GaC，（e，f）(Mo2/3Y1/3)2GaC，其結構由空間群Cmcm的正交結構所確定
圖七 面內化學有序的i-MAX相的計算結構參數作為A元素的函數曲線
（a-d）分別表示晶格參數a、b、c和每個原子所對應計算的體積
（e）C-M-A-M-C層的圖示
（f，g）分別表示（e）中所計算的Mo-M2和M2-A的層間距離
（h）本文中所使用A族元素的金屬和共價半徑
圖中的紅方框代表(Mo2/3Sc1/3)2AC，藍圓圈代表(Mo2/3Y1/3)2AC
圖八 所合成的i-MAX相的HRSTEM圖像和結構圖示
（a）(Mo2/3Sc1/3)2GaC沿著[110]區域軸的HRSTEM圖像和示意圖
（b）(Mo2/3Sc1/3)2GaC沿著[001]區域軸的Ga層結構圖示
（c）(Mo2/3Y1/3)2GaC沿著[110]區域軸的HRSTEM圖像和示意圖
（d）(Mo2/3Y1/3)2GaC沿著[001]區域軸的Ga層結構圖示
（e）Ga層內的鍵角θi
（f）Ga原子與理想Kagome?晶格之間的位移距離，如（b，d）中的黑色箭頭所示
【小結】
展開 
利用lammps模擬LJ流體在微通道中為二維流動
本次模擬采用LJ約化單位，初始晶體模型為六方最密堆積結構，晶格參數為0.7，沿x（100）方向為20倍晶格長度，y方向（010）為20倍晶格長度。此次模型為2維模型，x為流動方向，因此設置為周期性邊界。y方向采用收縮邊界，以模擬平板移動。采用OVTIO進行模型可視化處理。在模擬流動前先設置流動區域和平板區域。具體方式為采用velocity和fix setforce命令固定底端和頂端1倍晶格長度的區域作為平板。對中間的流體區域采用速度標定法進行控溫。在進行流動模擬時，為頂端的固定區域設置沿x方向的初速度為5.0，其他方向速度為0。底端繼續保持固定。流動模擬一共運行100000步。
圖2.1：模型示意圖
2.3結果整理與分析
圖2.2展示了在初始1000步，50000步和100000步時流體原子沿著y方向的x方向速度（vx）的分布情況。從圖中可以看出有平板與流體之間粘性力帶起的流體運動存在著明顯的滯后現象。這樣的滯后體現在空間和時間尺度上。在空間尺度表現為從固定端到移動端存在著明顯的速度梯度。從時間尺度上表現為流體的速度隨著時間逐漸增加。同時還利用OVITO分析了沿y軸不同位置原子的移動軌跡，如圖2.3所示。這里也可以清楚的看的靠近頂端移動平板的原子在相同時間內有著更長的移動距離。這樣的可視化可為Couette flow的直觀分析帶來更大的便利。
圖2.2：在不同時刻流體原子沿y軸的vx分布情況
圖2.3：在不同時刻流體原子的軌跡線
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展開 利用LAMMPS 實現導熱的分子動力學模擬
本次模擬采用LJ約化單位，晶體為面心立方結構，晶格參數為0.6，沿x（100）、y（010）方向為10倍晶格長度，z（001）方向為20倍晶格長度。采用compute chunk/atom將模型沿著z方向分成20塊，設置底端0-1倍晶格長度為熱端，中間10-11為冷端。模擬溫度為1.35。先讓模型在該溫度下NVT弛豫1000步。然后再使用NVE系綜，冷熱源采用langevin控溫。熱端設置為1.7，冷端設置為1.0，弛豫到熱源和冷源的溫差達到相對穩定的狀態。這時整體的熱流基本也達到了穩定狀態。此時再繼續運行20000步，統計冷源和熱源的動能轉移和溫度分布情況，用以計算熱導率。
圖1.1：晶體模型示意圖
1.3結果整理與分析
在最后一1000步的溫度梯度和溫差波動如圖1.2所示，可以明顯看出熱端和冷端的溫度差，熱流保持著相對穩定的狀體。由于本次計算采用周期性體系，因此溫度呈現V形分布。具體熱導率的計算過程為：
（1） 熱流密度計算:
總轉移能量為(Q)：參與能量轉移的原子數*(熱端轉移能量-冷端轉移能量）/2；
總計算時間為(t)：時間步長*運行步數
截面積：lx*ly
熱流密度:
(2) 溫度梯度計算：
平均溫差(dt)：0.57；
溫度梯度（考慮周期性）：dt/2/lz
因此本次計算的熱導率為3.39
圖1.2：最后一1000步的溫度梯度（左）和模擬過程中的溫差波動
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展開 金屬學基本知識
一、固溶體
合金在固態下，組元間相互溶解形成的在某一組元晶格中包含有其他組元的固相稱為固溶體。在固溶體中，基礎金屬為溶劑，合金元素為溶質，固溶體的晶格結構仍保持溶劑金屬的結構，只是晶格參數有所改變并產生了晶格畸變。工業上所使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的，有的甚至完全由固溶體所組成。例如，碳鋼和合金鋼，其基體相均為固溶體，且含量占組織中的絕大部分。
1．固溶體類型
分類標準不同，固溶體的類型也不一樣。
根據溶質原子在金屬溶劑晶格中的位置不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩種，如圖1—1所示。若溶質原子代替一部分溶劑原子占據溶劑晶格中某些結點位置，稱為置換固溶體，如圖1—1(a)所示。當溶質原子與溶劑原子的直徑、電化學性質等相近時，一般形成置換固溶體，Mn、Cr、Si、Ni、Mo等元素都能與鐵形成置換固濟體。例如，在1Crl8Ni9Ti不銹鋼中，Cr原子和Ni原子代替部分Fe原子，占據了~'-Fe晶格的某些結點位置從而形成置換固溶體。若
展開 Nat.Commun：利用納米尺度的力學不穩定性實現超低剛度金屬
【圖片導讀】
圖1:點陣參數對馬氏體轉變自由能的影響
插圖為NiAl和Ni63Al37之間的外延界面的示意圖，其中Al原子是淺藍色，NiAl中的Ni是深藍色，Ni63Al37中的Ni是紅色的。
圖2：金屬納米線的應力 - 應變響應
(a) T-Core納米線各階段、各部分的應力 - 應變曲線；
(b) T-Shell納米線各階段、各部分的應力 - 應變曲線。
T-Core ：Core(Ni63Al37)/Shell(NiAl)
T-Shell：Core(NiAl)/Shell(Ni63Al37)
圖3：彈性和非彈性變形過程的原子結構
(a) Ni63Al37納米線在一個新的定向形核處發生單軸應變；
(b) 70％的T-Shell納米線改變局部晶格參數發生的應變。
圖4：純納米線與超材料納米線的結構分析
(a) 在20％單軸應變Ni63Al37納米線的結構；
(b) RDF達到5％應變對的結構；
(c) 70％T-Shell超材料納米線結構；
(d) RDF位于單個相之間的超材料結構。
圖5：納米異質外延超材料的低剛度
(a) Ni63Al37原子的納米線拉伸強度曲線；
(b) 納米線的彈性模量-拉伸強度的對比。
【小結】
這篇文章揭示了在納米尺度內力學不穩定性對超低剛度材料性能的影響。通過材料在相變過程中經歷的力學不穩定性和對超材料的分子動力學模擬的手段，在準靜態條件下得到了剛度低于2GPa的超金屬。研究結果表明，在準靜態條件下，超材料通過一系列的手段得到了完全致密、全面強度納米級的超低剛度。
展開 