LAMMPS单层石墨烯建模

本文主要介绍两种晶胞建模方式。

一、Z形晶胞

晶胞分析:a1沿水平x轴方向,a2沿垂直y轴方向。石墨烯是二维结构,a3取小于单层石墨烯厚度。假设石墨烯键长L=1.421,则a1=3L,a2=1.732L,a3=2L(低于3.35即可)。

确定各原子坐标(实际坐标值/基矢各方向长度):

原子1坐标:(0,0,0)

原子2坐标:(0.333,0,0) 

原子3坐标:(0.5,0.5,0)

原子4坐标:(0.833,0.5,0)

lattice      custom 1.421 a1 3 0 0 a2 0 1.732 0 a3 0 0 2 &
        basis 0      0  0 &
        basis 0.333  0  0 &
        basis 0.5   0.5 0 &
        basis 0.833 0.5 0

建模取大概值就行,后续弛豫达到能量平衡,就会变成准确值。如果建模就要求精确值,定义参数即可。

variable	n1	equal	sqrt(3) 
variable	m1	equal	1/3
variable	v1	equal	5/6 

lattice custom  1.421 a1  3  0  0   a2 0 ${n1} 0 a3 0 0 2   &
                basis   0      0  0  &
                basis  ${m1}   0  0  & 
                basis  0.5    0.5 0  &
                basis  ${v1}  0.5 0

模型(20nm*20nm)如图所示:

二、v形晶胞

晶胞分析:a1沿水平x轴方向,a2沿垂直y轴方向。石墨烯是二维结构,a3取小于单层石墨烯厚度。假设石墨烯键长L=1.421,则a1=1.732L,a2=3L,a3=2L(低于3.35即可)。

确定各原子坐标(实际坐标值/基矢各方向长度):

原子1坐标:(0,0.333,0)

原子2坐标:(0,0.667,0) 

原子3坐标:(0.5,0.167,0)

原子4坐标:(0.5,0.833,0)

lattice  custom 1.421 a1 1.732 0.0 0.0 a2 0.0 3 0.0 a3 0.0 0.0 2 & 
         basis 0.0 0.33333 0.0 & 
         basis 0.0 0.66667 0.0 &
         basis 0.5 0.16667 0.0 &
         basis 0.5 0.83333 0.0

也可以定义参数,使其建模更加准确。

模型(20nm*20nm)如图所示:

同理,也可以建任意平面的石墨烯。

三、完整单层石墨烯建模

第一种晶胞建模

#-------------1、参数设置------------------
variable	L	equal	200             # 单元大小
variable	n1	equal	sqrt(3) 
variable	m1	equal	1/3
variable	m2	equal	5/6 
#-------------2、单元大小------------------
variable        x         equal    ${L}/(1.421*3)          #x方向晶胞个数
variable        y         equal    ${L}/(1.421*${n1})      #y方向晶胞个数
variable        xbox         equal    round(v_x)            
variable        ybox         equal    round(v_y)  

#-------------3、初始化------------------
units                metal
dimension            3
boundary             p p p
neighbor		     2.0 bin
neigh_modify         every 10 delay 0 check yes
timestep             0.001
atom_style           atomic
#-------------3、建模------------------
lattice custom  1.421 a1  3  0  0   a2 0 ${n1} 0 a3 0 0 2   &
        basis   0        0  0  & 
        basis   ${m1}    0  0  & 
        basis   0.5     0.5 0  &
        basis   ${m2}   0.5 0
region                box block 0 ${xbox} 0 ${ybox} -20.0 20.0 
create_box            1 box
region                graphene block 0 ${xbox} 0 ${ybox} -0.1 0.1 
create_atoms          1 region graphene 
mass                  * 12.011150 
write_data            gp.lammpstrj

第二种晶胞建模

##-------------1、参数定义------------------
variable	L	equal	200                               # 单元大小
variable	n1	equal	sqrt(3) 
variable	m1	equal	1/3
variable	m2	equal	2/3 
variable	v1	equal	1/6
variable	v2	equal	5/6 

#-------------2、单元大小设置------------------
variable        x         equal     ${L}/(1.421*${n1})    #x方向晶胞个数
variable        y         equal     ${L}/(1.421*3)        #y方向晶胞个数
variable        xbox         equal    round(v_x)            
variable        ybox         equal    round(v_y)  

#-------------3、初始化------------------
units               metal
dimension           3
boundary            p p p
neighbor		    2.0 bin
neigh_modify        every 10 delay 0 check yes
timestep            0.001
atom_style          atomic
#-------------4、建模------------------
lattice  custom 1.421 a1 ${n1} 0.0 0.0 a2 0.0 3 0.0 a3 0.0 0.0 2 & 
        basis 0.0 ${m1} 0.0 & 
        basis 0.0 ${m2} 0.0 &
        basis 0.5 ${v1} 0.0 &
        basis 0.5 ${v2} 0.0
region                  box block 0 ${xbox} 0 ${ybox} -20.0 20.0 
create_box              1 box
region                  graphene block 0 ${xbox} 0 ${ybox} -0.1 0.1 
create_atoms            1 region graphene 
mass                    * 12.011150                     #原子质量
write_data              gp.lammpstrj

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