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2009-08-29 09:32:07

pwscf中建立晶体模型


因为pwscf没有像ms中的visualizer一样的可视化的建立晶体的模块,很多时候很不方便。
这里就来学习如何利用MS的visualizer进行晶体结构的输入。
下面是Input_PW中关于pwscf中的晶体系统的信息。
-------------------------------------------------------------------------------

  ibrav is the structure index:

    ibrav        structure                   celldm(2)-celldm(6)

      0          "free", see above                 not used
      1          cubic P (sc)                      not used
      2          cubic F (fcc)                     not used   
      3          cubic I (bcc)                     not used
      4          Hexagonal and Trigonal P        celldm(3)=c/a
      5          Trigonal R                      celldm(4)=cos(alpha)
      6          Tetragonal P (st)               celldm(3)=c/a
      7          Tetragonal I (bct)              celldm(3)=c/a
      8          Orthorhombic P                  celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a
      9          Orthorhombic base-centered(bco) celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a
     10          Orthorhombic face-centered      celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a
     11          Orthorhombic body-centered      celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a
     12          Monoclinic P                    celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a,
                                                 celldm(4)=cos(ab)
     13          Monoclinic base-centered        celldm(2)=b/a,celldm(3)=c/a,
                                                 celldm(4)=cos(ab)
     14          Triclinic                       celldm(2)= b/a,
                                                 celldm(3)= c/a,
                                                 celldm(4)= cos(bc),
                                                 celldm(5)= cos(ac),
                                                 celldm(6)= cos(ab)

  For P lattices: the special axis (c) is the z-axis, one basal-plane
  vector (a) is along x, the other basal-plane vector (b) is at angle
  gamma for monoclinic, at 120 degrees for trigonal and hexagonal
  lattices, at 90 degrees for cubic, tetragonal, orthorhombic lattices

  sc simple cubic
  ====================
  a1 = a(1,0,0),  a2 = a(0,1,0),  a3 = a(0,0,1)

  fcc face centered cubic
  ====================
  a1 = (a/2)(-1,0,1),  a2 = (a/2)(0,1,1), a3 = (a/2)(-1,1,0).

  bcc body entered cubic
  ====================
  a1 = (a/2)(1,1,1),  a2 = (a/2)(-1,1,1),  a3 = (a/2)(-1,-1,1).

  simple hexagonal and trigonal(p)
  ====================
  a1 = a(1,0,0),  a2 = a(-1/2,sqrt(3)/2,0),  a3 = a(0,0,c/a).

  trigonal(r)
  ===================
  for these groups, the z-axis is chosen as the 3-fold axis, but the
  crystallographic vectors form a three-fold star around the z-axis,
  and the primitive cell is a simple rhombohedron. The crystallographic
  vectors are:
        a1 = a(tx,-ty,tz),   a2 = a(0,2ty,tz),   a3 = a(-tx,-ty,tz).
  where c=cos(alpha) is the cosine of the angle alpha between any pair
  of crystallographic vectors, tc, ty, tz are defined as
       tx=sqrt((1-c)/2), ty=sqrt((1-c)/6), tz=sqrt((1+2c)/3)

  simple tetragonal (p)
  ====================
     a1 = a(1,0,0),  a2 = a(0,1,0),  a3 = a(0,0,c/a)

  body centered tetragonal (i)
  ================================
     a1 = (a/2)(1,-1,c/a),  a2 = (a/2)(1,1,c/a),  a3 = (a/2)(-1,-1,c/a).

  simple orthorhombic (p)
  =============================
     a1 = (a,0,0),  a2 = (0,b,0), a3 = (0,0,c)

  bco base centered orthorhombic
  =============================
     a1 = (a/2,b/2,0),  a2 = (-a/2,b/2,0),  a3 = (0,0,c)

  face centered orthorhombic
  =============================
     a1 = (a/2,0,c/2),  a2 = (a/2,b/2,0),  a3 = (0,b/2,c/2)

  body centered orthorhombic
  =============================
     a1 = (a/2,b/2,c/2),  a2 = (-a/2,b/2,c/2),  a3 = (-a/2,-b/2,c/2)

  monoclinic (p)
  =============================
     a1 = (a,0,0), a2= (b*sin(gamma), b*cos(gamma), 0),  a3 = (0, 0, c)
  where gamma is the angle between axis a and b

  base centered monoclinic
  =============================
     a1 = (  a/2,         0,                -c/2),
     a2 = (b*cos(gamma), b*sin(gamma), 0),
     a3 = (  a/2,         0,                  c/2),
  where gamma is the angle between axis a and b

  triclinic
  =============================
     a1 = (a, 0, 0),
     a2 = (b*cos(gamma), b*sin(gamma), 0)
     a3 = (c*cos(beta),  c*(cos(alpha)-cos(beta)cos(gamma))/sin(gamma),
           c*sqrt( 1 + 2*cos(alpha)cos(beta)cos(gamma)
                     - cos(alpha)^2-cos(beta)^2-cos(gamma)^2 )/sin(gamma) )
  where alpha is the angle between axis b and c
         beta is the angle between axis a and c
        gamm  is the angle between axis a and b
----------------------------------------------------------------------
下面以Si为例子
在MS中建立Si的元胞,show symmetry, 我们得到这样一些信息:primitive of face centered-cubic,转换到单胞
a=b=c=5.4307A,转换为原子单位,为:10.25a.u.。三个角为60度,元胞中有2个si原子
坐标分别为:
0 0 0
0.25 0.25 0.25
那么在pwscf中,输入&system部分
ibrav=  2, celldm(1) =10.25, nat=  2, ntyp= 1,
输入&electrons
ATOMIC_POSITIONS
Si 0.00 0.00 0.00
Si 0.25 0.25 0.25
========================================================================
下面以Al为例子,
在MS中建立Al的元胞,show symmetry, 得到:primitive of face centered-cubic,转换到单胞,a=b=c=4.0495A,为7.64a.u.,三个角为60度.元胞中只有1个Al原子
坐标为:
0 0 0
&system   
    ibrav=  2, celldm(1) =7.64, nat=  1, ntyp= 1,
&electrons
    ATOMIC_POSITIONS
Al 0.00 0.00 0.00
=========================================================================  
下面以FeSi2为例子,
在MS中建立FeSi2元胞,show symmetry,得到:Tetragonal ,其中元胞内有Si原子,所以为Tetragonal I,ibrav=7,
a=b=2.684A,c=5.128A。celldm(1)=5.06,celldm(3)=1.9.
Fe 0 0 0
Si 0.5 0.5 0.27

=========================================================================
下面讨论如何建立Al的单原子线
Al晶体中,Al-Al的键长大约为2.385A,即为1.264a.u.,为了避免线与线直接的相互作用,把celldm(1)=12a.u.,那么celldm(3)=0.375
Al 0 0 0
======================================================
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