Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 使用层状建模工具

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发布于2023-03-22

好酷屋教程网小编为您收集和整理了Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 使用层状建模工具的相关教程：背景：我们在进行分子模拟工作时，很多情况下都会碰到表界面问题，譬如：聚合物与金属表面的相互作用，材料界面处的相互作用等等。MaterialsVisualizer给我们提供了一个方便构建这种层状结构的

背景：我们在进行分子模拟工作时，很多情况下都会碰到表界面问题，譬如：聚合物与金属表面的相互作用，材料界面处的相互作用等等。Materials Visualizer给我们提供了一个方便构建这种层状结构的工具，本节将介绍这个工具的使用方法。

简介：Build Layers 为使用不同材料类型的构建系统提供了一个简单而强大的解决方案。本教程展示了使用层构建器的两个示例，构建金属-聚合物-金属体系和硅的孪晶界面。

目的：使用层构建器在两个表面和金属-聚合物-金属层状结构之间构建界面。

本教程重要节点：

硅孪晶-构建金属-聚合物-金属体系

1.硅孪晶

a) 导入Si的晶体结构

点击File/Import，选择Structure/semiconductors/Si.msi

注意：Materials Studio自身包含一个结构数据库，这个数据库具体位置如下(X代表Biovia文件夹所在路径)，X:\BIOVIA\Materials Studio (version number)\share\structure，在与每个project对应的Document中都有一个Structure文件夹的快捷方式。

在project explorer中会得到一个Si.xsd文件。

b) 构建Si的表面

激活Si.xsd文件，然后点击Build/Surfaces/Cleave Surface，弹出如下窗口：

将Cleave plane(hkl)设置为3 1 0，将Fractional Thickness设置为9，然后点击Cleave

得到一个新的文件Si(3 1 0).xsd，此文件描述的即为Si的(3 1 0)面的结构。

重复以上的操作，得到Si的(-3 1 0)面的结构。

c) 使用Build Layer工具

i) 调整OU和OV的取向

激活Si(3 1 0).xsd文件，在工作区单击鼠标右键，选择Lattice Parameters，并在Advanced中点击Re-orient to standard

对Si(-3 1 0).xsd重复以上操作。

ii) 尝试构建界面

点击Build/Build Layers，弹出以下窗口：

在Define Layers栏，将Si(3 1 0).xsd定义为Layer 1，Si(-3 1 0).xsd定义为Layer 2，选择Build layered structure as a surface，检查Matching，然后点击Build

此时会在Project explorer中生成一个新的文件Layer.xsd，如下图所示：

在Properties explorer中检查上图中原子1和2的分数坐标差异

会发现原子1和原子2的分数坐标在v方向上差了0.1。

iii) 调整、重新构建界面

点击Build/Build Layers，选择Layer Details，如下图所示：

将Layer 2在Origin offset中的v值调整为0.1，此时Build Layers中的其它参数均与步骤ii)中完全相同，然后点击Build

此时在Project explorer中生成一个新的文件Layer (2).xsd。

iv) 得到孪晶界面

此时两个表面基本以uvo面为镜面，只不过两者沿Z方向还有一段距离，接下来的工作就是设法将两个表面移到一块儿并将重叠的原子去掉，从而得到我们需要的孪晶界面。

在Materials Visualizer中存在这样的快捷键用于对原子进行平移操作，即Ctrl+Alt+鼠标右键。但是这种移动的方向主要由鼠标控制，因此可以再添加一个方向键X、Y或则Z，意即Ctrl+Alt+(X/Y/Z)+鼠标右键，不过需要注意，此时X、Y以及Z并不代表坐标轴方向，而是相对于显示屏幕而言，X代表左右移动，Y代表上下移动，Z代表垂直于屏幕方向的移动。

激活Layer (2).xsd文件，然后在3D View Recenter工具的下拉菜单中点击View Across此时得到如下所示的结构图，

点击Edit/Edit Sets，弹出以下窗口：

单击Layer 2，然后点击Select

此时Layer2高亮显示。

按下Ctrl+Alt+Y+鼠标右键，将Layer2向Layer1靠拢，当第一层原子重叠时停止

此时结构如下图：

接下来我们要把重叠原子去掉。

点击Edit/Atom Selection，弹出如下窗口：

在Select by Properties中选择Z Coordinate，并将Equal to更改为Inclusive Range，然后将取值范围设置为-0.1至0.1

Selection mode设置为Select from the existing selection

注意：这一操作是基于之前对于Layer2的Select操作还有效，也就是此时Layer2的原子还处于被选择状态。

点击Select，然后点击键盘上的Delete键

此时完成重叠原子的删除工作。不过有部分化学键因为原子删除而断开，这可以通过如下操作来弥补，

点击Build/Bonds，在弹出窗口中点击Calculate即可

2.构建金属-聚合物-金属体系

1.导入金属表面

在本例中，您将构建一个包含蜡质碳链和铁表面的系统。为此，您需要导入铁晶体并创建它们的超级晶胞。

单击 Import 按钮并导入 Fe.xsd 文件。

在开始之前，您需要将Display Style更改为Ball and stick。

打开“显示样式”对话框。在 Atom 选项卡上，选择 Ball and stick 选项并关闭对话框。

晶体单元的尺寸太小，无法将聚合物包装在上面并计算实际的相互作用。因此，您需要使用 Supercell 工具来增加单元格的大小。

从菜单栏中选择Build | Symmetry | Supercell打开 Supercell 对话框。

将 A 更改为 7，将 B 更改为 3，将 C 更改为 2。单击 Create Supercell 按钮。

2. 制造蜡状聚合物

蜡质聚合物的创建需要您构建聚合物，然后构建包含聚合物的无定形晶胞。

选择菜单栏中的Build | Build Polymers | Homopolymer。

这将打开均聚物对话框。您将构建一个包含 4 个重复单元的乙烯均聚物。由于乙烯是默认的重复单元，您只需更改重复单元的数量。

将Chain length更改为 4。单击Build按钮并关闭对话框。

显示一个短的 8 碳聚合物链。然而，这是对聚合物的理想化描述，并不现实。您可以通过构建包含聚合物的无定形晶胞来改变这一点。无定形晶胞使用改进的Markov process (Allen and Tildesley, 1987)，选择键构象概率来解释分子内和分子间非键合相互作用

从 Modules 工具栏中选择 Amorphous Cell并选择 Calculation 或从菜单栏选择 Modules | Amorphous Cell | Calculation。

这将打开无定形晶胞计算对话框。

从任务下拉列表中选择Confined layer。从 Composition 表中 Molecule 列的第一行中选择 Polyethylene.xsd，并将 Loading 设置为 5。

当您更改晶胞中的分子数量时，晶胞参数会发生变化以保持密度恒定。

蜡质聚合物的密度约为 0.7 g/cm3，因此您应该更改目标密度以反映这一点。

将密度从 1 更改为 0.7。

默认单元类型为 3D 周期性，但是，如果您要构建由三层组成的结构，则中间层必须是受限层。当您更改密度时，下一部分中的单元格参数会再次更改。但是，您希望 a 和 b 单元参数与您之前创建的 Fe 超级晶胞的参数相匹配。

单击More…按钮打开“非晶晶胞限制层”对话框。从 Lattice type 下拉列表中选择 Orthorhombic，并将 a 和 b 设置为您为 Fe 超晶胞记下的值。关闭对话框。

单击运行按钮并关闭对话框。

单击“运行”按钮时，项目资源管理器中会显示一个名为“聚乙烯 AC 层”的新文件夹。几秒钟后，Job Explorer 会显示您的作业状态。这包含不同的作业步骤、设置、启动、运行和完成。工作完成后，生成的包含 5 种聚合物的无定形单元显示在 Polyethylene AC Layer 文件夹中的 Polyethylene.xtd 文档中。

使 Polyethylene.xtd 成为活动文档。旋转单元格。

您应该看到聚合物被限制在盒子的一层中。

3.构建分层结构

您将构建一个由金属层、蜡层和第二金属层组成的结构。

从菜单栏中选择Build | Build Layers构建图层。