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ASE原子模拟环境入门之操作原子

来源：时间：2022-12-16 16:36:30 浏览：2136次

银吸附在镍板上

我们建立一个由四个Ni原子组成的单层平板和一个Ag吸附原子构成的模型。

定义原子板


>>> from math import sqrt
>>> from ase import Atoms
>>> a = 3.55
>>> atoms = Atoms('Ni4',
...               cell=[sqrt(2) * a, sqrt(2) * a, 1.0, 90, 90, 120],
...               pbc=(1, 1, 0),
...               scaled_positions=[(0, 0, 0),
...                                 (0.5, 0, 0),
...                                 (0, 0.5, 0),
...                                 (0.5, 0.5, 0)])
>>> atoms.center(vacuum=5.0, axis=2)

看看晶胞和原子的位置:


>>> atoms.cell
Cell([[5.020458146424487, 0.0, 0.0], [-2.5102290732122423, 4.347844293440141, 0.0], [0.0, 0.0, 10.0]])
>>> atoms.positions
array([[ 0.        ,  0.        ,  5.        ],
        [ 2.51022907,  0.        ,  5.        ],
        [-1.25511454,  2.17392215,  5.        ],
        [ 1.25511454,  2.17392215,  5.        ]])
>>> atoms[0]
Atom('Ni', [0.0, 0.0, 5.0], index=0)

将这个结构写入一个文件，并通过调用ase.gui来绘制整个系统:

>>> from ase.visualize import view

>>> atoms.write('slab.xyz')

>>> view(atoms)

在查看器(ase gui)中，可以在所有三个方向上重复单元格(使用Repeat ‣ View window)。从命令行，使用ase gui -r 3,3,2 slab.xyz。

我们现在在一个高度为h=1.9Å的三原子中心位点添加一个吸附原子 :


>>>h = 1.9
>>> relative = (1 / 6, 1 / 6, 0.5)
>>> absolute = np.dot(relative, atoms.cell) + (0, 0, h)
>>> atoms.append('Ag')
>>> atoms.positions[-1] = absolute

现在的结构是这样的:


view(atoms)

构造界面

现在，我们用Ni(111)和水做一个界面。首先我们需要一层水。在这个脚本WL.py中构建了一层水，并保存在文件WL.traj中。

WL.py


import numpy as np
from ase import Atoms
p = np.array(
    [[0.27802511, -0.07732213, 13.46649107],
     [0.91833251, -1.02565868, 13.41456626],
     [0.91865997, 0.87076761, 13.41228287],
     [1.85572027, 2.37336781, 13.56440907],
     [3.13987926, 2.3633134, 13.4327577],
     [1.77566079, 2.37150862, 14.66528237],
     [4.52240322, 2.35264513, 13.37435864],
     [5.16892729, 1.40357034, 13.42661052],
     [5.15567324, 3.30068395, 13.4305779],
     [6.10183518, -0.0738656, 13.27945071],
     [7.3856151, -0.07438536, 13.40814585],
     [6.01881192, -0.08627583, 12.1789428]])
c = np.array([[8.490373, 0., 0.],
              [0., 4.901919, 0.],
              [0., 0., 26.93236]])
W = Atoms('4(OH2)', positions=p, cell=c, pbc=[1, 1, 0])
W.write('WL.traj')

现在运行WL.py脚本，从traj文件中读取原子对象:


from ase.io import read
>>> W = read('WL.traj')

使用视图的看看结构

我们看看这个单位晶胞


W.cell
Cell([8.490373, 4.901919, 26.93236])

我们需要一个镍(111)平板，它与水尽可能接近。一个2 × 4正交的fcc111 超晶胞应该足够好了。


>>> from ase.build import fcc111
>>> slab = fcc111('Ni', size=[2, 4, 3], a=3.55, orthogonal=True)


slab.cell
Cell([5.020458146424487, 8.695688586880282, 0.0])

看看这两个单元晶胞，我们可以看到，如果我们把其中一个单元晶胞在平面上旋转90度，它们的匹配度相差大约2%。让我们旋转单元晶胞:

W.cell = [W.cell[1, 1], W.cell[0, 0], 0.0]

用rotate()旋转分子：

>>> W.rotate(90, 'z', center=(0, 0, 0))

再将原子放回到晶胞里

>>> W.wrap()

wrap()方法仅在启用周期性边界条件时有效。我们在Ni(111)和水之间有2%的晶格失配，所以我们在平面上缩放水的晶胞以匹配平板的晶胞。参数scale_atoms=True表示原子位置应该随单元格缩放。默认值是scale_atoms=False，表示单元格更改时笛卡尔坐标保持不变。


>>> W.set_cell(slab.cell, scale_atoms=True)
>>> zmin = W.positions[:, 2].min()
>>> zmax = slab.positions[:, 2].max()
>>> W.positions += (0, 0, zmax - zmin + 1.5)

最后我们将水复制到平板上:

>>> interface = slab + W

>>> interface.center(vacuum=6, axis=2)

>>> interface.write('NiH2O.traj')

两个atoms对象的求和，会将两个atoms对象的原子位置都包括进来，而使用第一个atoms对象的超晶胞。

计算狗·模拟计算

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