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adf:pesexpclustergrowthco8

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adf:pesexpclustergrowthco8 [2023/11/05 22:15] – [2.2 搜索第9个Co原子最佳生长位置] liu.junadf:pesexpclustergrowthco8 [2023/11/14 23:01] (当前版本) – [基于ReaxFF的团簇的生长模拟] liu.jun
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-======团簇的生长模拟======+======基于ReaxFF的团簇的生长模拟======
  
 在这里，我们展示了一种“Biased”结构搜索方法，用于研究单原子团簇的结构演化和生长。该方法中：向一个最低能量结构（将其结构冻结）的 n 原子团簇的添加一个原子，获得最有利结合位点（具有最大结合能，即负得最多），这样得到 (n+1) 团簇全局最小结构的良好近似，或者说初始猜测，进一步优化即可该 (n+1) 团簇结构即可。 在这里，我们展示了一种“Biased”结构搜索方法，用于研究单原子团簇的结构演化和生长。该方法中：向一个最低能量结构（将其结构冻结）的 n 原子团簇的添加一个原子，获得最有利结合位点（具有最大结合能，即负得最多），这样得到 (n+1) 团簇全局最小结构的良好近似，或者说初始猜测，进一步优化即可该 (n+1) 团簇结构即可。
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 本教程使用 ReaxFF 的 Co.ff 力场以 Co$_8$ + Co → Co$_9$ 为例进行说明。 本教程使用 ReaxFF 的 Co.ff 力场以 Co$_8$ + Co → Co$_9$ 为例进行说明。
  
-本教程分为两个部分：在第一部分中，我们通过使用 Basin Hopping 子任务获得 Co$_8$ 簇的全局最小值。在第二部分中，我们固定 Co$_8$ 全局最小值的坐标，添加 Co 原子并使用 Process Search 子任务来探索所有反应机制，以及相应的结合位点。与最高结合能相关的结构是 Co$_9$ 全局最小结构的最佳近似。观察结合位点的晶格特征，能够让我们深入了解其背后的生长机制。结合位点的逐渐增多，显示了此类簇的结构演变和生长模式。本文演示的是一个一个 Co 原子逐渐生长，也适用于一个一个小团簇生长，即将这些小团簇类似下文的一个Co原子（adsorbate分区）处理即可。+本教程分为两个部分：在第一部分中，我们通过使用 Basin Hopping 子任务获得 Co$_8$ 簇的全局最小值。在第二部分中，我们固定 Co$_8$ 全局最小值的坐标，添加 Co 原子并使用 Process Search 子任务来探索所有反应机制，以及相应的结合位点。与最高结合能相关的结构是 Co$_9$ 全局最小结构的最佳近似。观察结合位点的“格栅图”（手册中称为“Lattice”）特征，能够让我们深入了解其背后的生长机制。结合位点的逐渐增多，显示了此类簇的结构演变和生长模式。本文演示的是一个一个 Co 原子逐渐生长，也适用于一个一个小团簇生长，即将这些小团簇类似下文的一个Co原子（adsorbate分区）处理即可。
  
 下文中，我们将在AMS 中使用 ReaxFF 引擎调用 PES exploration功能。其他模块也一样可以调用 PES exploration功能，区别仅仅在于各个模块自带的参数差异，例如第一性原理需要指定合适的泛函、基组等。 下文中，我们将在AMS 中使用 ReaxFF 引擎调用 PES exploration功能。其他模块也一样可以调用 PES exploration功能，区别仅仅在于各个模块自带的参数差异，例如第一性原理需要指定合适的泛函、基组等。
行 14: 行 14:
   - Periodicity → None   - Periodicity → None
   - Force field → Co.ff   - Force field → Co.ff
 +
 +====说明：====
 +目前AMS2023的版本，每次作业，只能添加一个原子或一个分子、团簇，SCM 已经计划开发生长过程自动化，即自动重复下述过程，从Co$_8$ → Co$_n$
  
 =====一、全局优化CO$_8$===== =====一、全局优化CO$_8$=====
行 109: 行 112:
 在接下来的步骤中，我们将使用“Process Search”功能来探索添加第 9 个 Co 原子可能涉及的所有可能过程。“Process Search” 中的 Process 是指连接鞍点（过渡态）局部最小值的路径。“Process Search” 将从我们提供的局部能量最小点开始，尝试将“adsorbate”进行随机位移，找到附近的“鞍点”。如果找到鞍点，则执行结构优化，将原子推到鞍点的另一侧，以找到与原始状态连接的新局部最小点。从所有这些局部最小点开始，继续重复这个过程多次。 在接下来的步骤中，我们将使用“Process Search”功能来探索添加第 9 个 Co 原子可能涉及的所有可能过程。“Process Search” 中的 Process 是指连接鞍点（过渡态）局部最小值的路径。“Process Search” 将从我们提供的局部能量最小点开始，尝试将“adsorbate”进行随机位移，找到附近的“鞍点”。如果找到鞍点，则执行结构优化，将原子推到鞍点的另一侧，以找到与原始状态连接的新局部最小点。从所有这些局部最小点开始，继续重复这个过程多次。
  
-一旦获得势能面的图景，我们还将要求计算相关的“结合位点”的晶格。“结合位点”的定义为：局部能量最小点时，adsorbate原子与Cluster中某个原子相邻。此外，如果满足以下两个要求，则认为两个结合位点相连接：+一旦获得势能面的图景，我们还将要求计算相关的“结合位点”的“格栅图”。“结合位点”的定义为：局部能量最小点时，adsorbate原子与Cluster中某个原子相邻。此外，如果满足以下两个要求，则认为两个结合位点相连接：
   - 两个“结合位点”之间存过渡态（注意，同一个结合位点，有可能存在多个局部能量最小点）   - 两个“结合位点”之间存过渡态（注意，同一个结合位点，有可能存在多个局部能量最小点）
   - 至少有一个原子（来自 adsorbate 区域）通过上述相同的过渡态介导，将其位置从第一个结合位点改变为第二个结合位点   - 至少有一个原子（来自 adsorbate 区域）通过上述相同的过渡态介导，将其位置从第一个结合位点改变为第二个结合位点
行 131: 行 134:
 {{ :adf:ps.setup.png?650 }} {{ :adf:ps.setup.png?650 }}
  
-保存作业并运行。约几分钟后作业运行完毕，询问是否加载计算得到的最新结构时，点击“Yes”。在 AMSinput 中，我们将看到结合位点晶格叠加到簇的初始几何形状上：+保存作业并运行。约几分钟后作业运行完毕，询问是否加载计算得到的最新结构时，点击“Yes”。在 AMSinput 中，我们将看到结合位点“格栅图”叠加到簇的初始几何形状上： 
 + 
 +{{ :adf:ps.bindingsites.png?400 }} 
 + 
 +请注意，添加的原子仅仅位居所有结合位点中的某一个。这些用于表示结合位点的符号信息，包括近邻原子的数量（在 5 Å 的距离内，请参阅上面的Neighbors cutoff选项）以及结合状态的平均能量（不同颜色表达不同能量）。 
 + 
 +在我们的示例中，只有一种近邻类型，所以只有一种符号，即三角形。这些结合位点在第一个配位壳层中有三个近邻原子，在第二个配位壳层中也具有三个近邻原子，因此，标签是N33。  
 + 
 +它们的颜色分为两组： 
 +红色代表最稳定的吸附位点，能量为 -1.0333 Hartree 左右 
 +蓝色代表其余的结合位点，能量为-1.0321 Hartree 
 + 
 +这些详细信息可以在 Details → PES Exploration Binding Sites 第二列中看到： 
 + 
 +{{ :adf:ps.bindingsites.panel.png?450 }} 
 + 
 +我们可以使用 AMSmovie 将探索的能量图景可视化： 
 + 
 +  - SCM → Movie 
 +  - 双击能量曲线坐标轴，将 Y 轴单位改为 eV 
 + 
 +{{ :adf:ps.elandscape.png?650 }} 
 + 
 +右侧列出不同构型对应的能量，左侧为对应结构。局部最小值用黑色 level 显示，而过渡态用红色 level 显示。单击不同的 level 左侧显示对应结构。 
 + 
 +最后：由于算法的随机性、数值精度的差异，您可能会得到不同的能量景观图。在我们的示例中，我们选择了100 个 expeditions ，以确保可以获得所有关键结构点：12 个局部最小值和 12 个过渡状态。 
 + 
 +====注意：==== 
 +  * 您可以通过右键单击任何“态”，然后在弹出窗口中选择 Open in module → Spectra 来查看任何状态的振动频谱。上述的计算，Co$_8$被冻结，只有不受约束的原子相关的振动模式被显示出来 
 +  * 可以通过右键单击任何状态，然后在弹出窗口中选择 Delete level 来删除这个“态”
  
 +在下图中，我们显示了随着探险次数的增加，并运行 20 遍来得到不同的结果（请注意，对本例而言，至少需要 100 个 expeditions，才能保证获得 24 种构型。
  
 +{{ :adf:ps.convergence.png?500 }}
adf/pesexpclustergrowthco8.1699193726.txt.gz · 最后更改: 2023/11/05 22:15 由 liu.jun

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