Surface molecular dynamics simulation with two orthogonal surface steps how to beat the par

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分子动力学模拟计算水分子扩散系数

分子动力学模拟计算水分子扩散系数

其宏观性质,属于微观尺度的模拟技术。
2、实验原理
(2)均方根位移:分子动力学计算系统中原子由起始位置不停移动, 每一瞬间位置皆不同。以 ri (t ) 表示时间t时粒子i的位置。粒子位移平方 的平均值称为均方根位移(Mean Square Displacement=MSD):
2
MSD R (t ) r (t ) r (0)
3.2构建纯水体系并进行分子动力学模拟。
(8)计算扩散系数:
3.MSD曲线图中包含水分子在沿X、Y、Z轴方向以及总的四条均方根位移。取总的
MSD曲线(在图上右击-Delete Graph选中要删掉的曲线然后点击OK),拷贝到Exce
中,求其斜率,根据MSD与扩散系数的关系式算得水分子的扩散系数。
140
计算材料学实验
分子动力学模拟计算水分子扩散系数
1、实验目的
(1)了解分子动力学方法的原理。
(2)熟练MS软件构建分子和体相的基本操作。 (3)掌握分子动力学模拟的基本步骤。 (4)掌握粒子扩散系数的计算方法。
2、实验原理
( 1)分子动力学模拟(molecular dynamics simulation,简称MD)方 法首先是由Alder和Wainwright提出的,现已逐渐成为预测系统特性、 验证理论和改进模型的计算工具。
为:0.94030571、0.92030480、0.88955424);构建盒子时,需将添加的结构双击打开后,
点中与其对应的文件名添加;构建时在setup力场设置中将non-bond的库伦和范德华设为 group based; 4. 构建完成后利用display style查看是否所有原子定义group,如个别原子忘记定义,则整个 盒子不能显示group。 5. 对盒子进行结构优化时,选择medium,步长为5000步; 6. 进行分子动力学模拟,分子动力学之前,打开优化后的构型,检查力场设置,

Molecular Dynamics__ Simulation

Molecular Dynamics__ Simulation
Instead of using Quantum mechanics, we can use classical Newtonian mechanics to model our system. This is a simplification of what is actually going on, and is therefore less accurate. To alleviate this problem, we use numbers derived from QM for the constants in our classical equations.
A Digital Laboratory
“In the real world, this could eventually mean that most chemical experiments are conducted inside the silicon of chips instead of the glassware of laboratories. Turn off that Bunsen burner; it will not be wanted in ten years.”
From Potential to Movement
To run the simulation, we need the force on each particle.
Fi m i a i
We use the gradient of the potential energy function. Now we can find the acceleration.
E Lennard
Jones


nonbonded pairs

分子动力学模拟分析

分子动力学模拟分析

分子动力学模拟分析分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD)是一种计算模拟分子运动的方法,可以研究分子的结构、动力学和相互作用等,对物质性质和功能的研究有重要作用。

在材料科学、化学、生物学等领域中得到广泛应用。

本文将从MD模拟基础、模拟流程及分析研究结果三个方面进行阐述。

一、MD模拟基础MD模拟的基础是牛顿力学和统计物理学,其中牛顿三定律和万有引力定律描述了分子的运动和相互作用;玻尔兹曼分布定律、统计力学中的最大熵原理以及热力学第二定律等描述了系统的宏观性质和热力学性质。

MD模拟将牛顿力学和统计物理学相结合,通过数值计算方法,从初状态的分子坐标、速度和势能等信息出发,重复计算分子在某个温度、压力下的运动轨迹和性质,模拟时间可以从纳秒到毫秒,有关联的分子之间,模拟精度可达到亚埃。

二、模拟流程MD模拟的主要流程包括体系构建、体系平衡和体系生产等阶段。

体系构建需要先定义体系的边界、所包含分子种类及其数量、分子初始坐标等,这一阶段可以是手动构建,也可以是从实验数据中获取分子坐标信息进行加工。

体系平衡一般需要先进行一个大规模的能量最小化,在此基础上,对体系进行一个温度和压力逐步升高或下降的过程,使体系逐步达到平衡态,也可以调整体系的偏倚参数,如盒子尺寸等,最终得到较为合理的平衡态体系。

在体系平衡的基础上,进行体系生产,对于所需要的性质,如动力学参数、能量铁达方程、径向分布函数、自相关函数等,在进行生产时需要对体系进行约束,如固定温度、压力、含水量等,得到精确的分子性质描述。

三、分析研究结果对MD模拟结果的分析对研究者而言极为重要,主要是对数据的可视化及其统计分析。

一般可以采用分析软件如VMD、GROMACS等对MD的轨迹文件进行可视化,对于分子的运动、某些物理性质的演化、分子图像变化等,可以做出一系列的动画或动图。

对于性质的统计分析,一般需要进行采样过程,对一定时刻内的数值进行平均,这样可减小误差。

基于分子动力学的材料性能计算研究

基于分子动力学的材料性能计算研究

基于分子动力学的材料性能计算研究一、引言随着计算机技术的不断发展,计算材料学成为当前研究材料领域的重要技术手段之一。

分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟是一种常见的计算材料学方法,也是计算化学、材料学及生物学等领域的重要工具之一。

本文将探讨基于分子动力学的材料性能计算研究。

二、分子动力学模拟介绍分子动力学模拟是利用牛顿运动定律,在计算机上对一个粒子系(分子、原子等)的运动进行数值模拟的方法。

其基本思路是:将原子固定在一个正交晶胞中,考虑各原子之间的相互作用,结合边界条件和随机热运动,利用微分方程求解的方法模拟物理过程。

三、分子动力学模拟在材料学中的应用1.热力学性质的计算热力学性质是材料性能研究中的重要指标之一,包括热膨胀系数、热导率、比热容等。

在分子动力学模拟中,通过模拟分子固体的热振动及传递,可以计算材料的热力学性质。

例如,研究纳米材料中的热膨胀系数、热导率等热力学性质时,分子动力学模拟可以提供非常直观、准确的计算结果。

2.力学性能的计算分子动力学模拟可以通过计算材料中原子之间的相互作用力、应变、变形等来计算力学性能,如杨氏模量、泊松比等。

通过衰减弹性波法和声子色散关系,还能够得到弹性常数、声速、声学态密度等特征参数。

分子动力学模拟能够较为真实地模拟材料的微观结构和原子之间的相互作用,对于微观结构和力学性能的研究有着重要的作用。

3.材料界面的研究材料界面是材料学中的重要概念,分子动力学模拟可以通过模拟材料的表面结构和性质,研究材料界面的力学和热力学性质。

例如,对于纳米级复合材料固液界面的研究,分子动力学模拟可以计算复合材料中纳米颗粒尺寸、分布、表面性质等参数,预测材料固液相互作用力,进而探究其力学与热力学性质。

四、分子动力学模拟的局限性1.模拟尺度有限分子动力学模拟通过固定特定尺度下的分子或原子,并计算粒子之间的相互作用力、状态参数等,然而模拟尺度往往受限于计算机性能和模拟条件,无法完整刻画材料的复杂微观结构和宏观性质,因此需要精简和简化模型,降低其可信度。

金刚石Ti 热压扩散过程的分子动力学模拟

金刚石Ti 热压扩散过程的分子动力学模拟

第51卷第8期表面技术2022年8月SURFACE TECHNOLOGY·435·金刚石/Ti热压扩散过程的分子动力学模拟王贵林,于爱兵,袁建东,李克凡,邹翩,吴森凯(宁波大学 机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211)摘要:目的应用分子动力学模拟金刚石与Ti在热压扩散过程中的界面原子扩散和TiC生成过程。

方法采用改进型嵌入原子势函数(MEAM)描述Ti、C和Ti—C之间的相互作用,将模拟过程分为弛豫、热压和保温3个阶段,模拟出金刚石与Ti界面间的原子扩散带厚度、原子扩散速度和TiC的成键过程。

为了验证分子动力学模拟结果,进行了聚晶金刚石与钛箔的热压扩散试验,在聚晶金刚石表面制备了Ti涂层。

利用扫描电子显微镜观察聚晶金刚石与Ti涂层之间的界面,并进行EDS分析。

利用X射线衍射仪分析聚晶金刚石与Ti界面的物相组成。

结果模拟结果显示,在弛豫、热压和保温3个阶段,金刚石与Ti之间的扩散带厚度分别为0.870 9、0.888 9、2.056 5 nm,从弛豫到热压阶段,扩散带厚度增加了2.07%,从热压到保温阶段,扩散带厚度增加了131.35%;C原子均方位移曲线斜率为1.877 4×10‒5,Ti原子的均方位移曲线斜率为1.016 7×10‒5,C原子的均方位移的斜率比Ti原子的均方位移的斜率快84.66%;在弛豫20 ps后,C原子的游离键靠近Ti原子,在100 ps的热压过程中,C原子和Ti原子之间形成少量的Ti—C键,在500 ps的保温过程中,在界面间生成大量的Ti—C键。

聚晶金刚石与Ti结合紧密、平整,用EDS测试出聚晶金刚石与Ti界面间的扩散带厚度为5.7 μm,在聚晶金刚石与Ti界面的XRD图谱测到了TiC衍射峰。

结论在金刚石与Ti的热压扩散过程中,C和Ti原子之间存在明显的原子扩散现象,形成了具有一定厚度的扩散带。

在金刚石与Ti的界面区域的原子扩散中,C原子的扩散能力和扩散速度大于Ti原子,并在扩散界面内生成了Ti—C 键,金刚石与Ti之间形成了化学结合,有助于提高金刚石表面与Ti涂层的结合强度。

分子动力学简介

分子动力学简介

分子动力学简介分子动力学(Molecular Dynamics,MD)是一种计算模拟方法,用于研究分子和材料的运动行为。

它可以通过对分子间相互作用进行数值模拟,预测分子的结构、动力学和热力学性质。

在MD模拟中,分子被视为由原子组成的粒子系统。

通过牛顿运动定律和库仑定律等基本定律来描述原子之间的相互作用,并通过数值计算来模拟其运动轨迹。

MD模拟可以提供有关物理、化学和生物过程中原子和分子运动的详细信息。

MD模拟涉及到许多参数,其中最重要的是势能函数。

势能函数定义了原子之间的相互作用方式,并决定了系统的稳定性和性质。

常见的势能函数包括Lennard-Jones势、Coulomb势、Bonded势等。

在进行MD模拟时,还需要选择合适的时间步长和温度控制方法。

时间步长是指每次计算所需的时间长度,通常需要根据系统特点进行调整以确保准确性和稳定性。

温度控制方法包括恒温、恒压等,可以帮助保持系统平衡并控制温度和压力。

MD模拟已经被广泛应用于材料科学、生物化学、药物设计等领域。

例如,通过对蛋白质分子进行MD模拟,可以预测蛋白质的结构和功能,并为药物设计提供指导。

在材料科学中,MD模拟可以帮助研究材料的力学性能、热传导性能等。

尽管MD模拟具有很多优点,如不需要大量实验数据、可以提供详细的原子级别信息等,但也存在一些限制。

例如,由于计算资源的限制,MD模拟通常只能涉及较小的系统;同时,由于势能函数的不确定性和时间步长的选择等因素的影响,结果可能存在误差。

总之,分子动力学作为一种计算模拟方法,在许多领域都得到了广泛应用。

通过对分子运动行为进行数值模拟,可以深入了解物理、化学和生物过程中原子和分子间相互作用机制,并为相关领域的研究和应用提供有价值的参考。

分子动力学模拟原理及其在材料科学中的应用

分子动力学模拟原理及其在材料科学中的应用

分子动力学模拟原理及其在材料科学中的应用概述:分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD)是一种基于牛顿经典运动方程的计算模拟方法,通过对原子或分子的位置、速度和受力进行迭代计算,模拟物质的宏观行为和微观结构。

该方法广泛应用于材料科学领域,用于研究原子尺度下的材料特性和反应行为,帮助解决许多实验无法观察到的现象。

模拟原理:分子动力学模拟基于牛顿第二定律和经典力场理论进行计算。

它将原子或分子看作质点,根据相互作用力和势能函数,使用数值积分方法求解运动方程,模拟物质内粒子的运动和相互作用。

在模拟过程中,需要考虑分子间相互作用力、键角势、位阻效应、偶极矩等因素,并通过热力学和统计学方法进行分析。

应用领域:1. 材料力学性能的研究:通过分子动力学模拟,可以研究材料的力学性能,如材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。

研究材料在不同应力和温度条件下的变化规律,可为材料设计和改性提供理论依据。

2. 材料缺陷与断裂行为:分子动力学模拟可以对材料中的缺陷进行研究,如晶体缺陷、位错、晶界等。

通过模拟分子在缺陷附近的行为,可以理解和预测材料的缺陷对材料性能的影响,同时也能研究材料的断裂行为和断裂韧性。

3. 界面和表面性质研究:分子动力学模拟可用于研究材料中的界面和表面性质。

通过模拟原子在界面和表面处的行为,可以研究材料的表面能、界面结合能、界面扩散等因素,为材料的表面改性和界面控制提供理论支持。

4. 物质相变和相分离研究:分子动力学模拟可以模拟材料的相变和相分离行为,如晶体生长、相分离、固溶体形成等。

通过模拟不同条件下材料相变的过程和机制,可以预测材料的相变温度、相变速率等重要参数,从而指导材料的合成和工艺。

5. 反应动力学研究:分子动力学模拟可用于研究材料中的化学反应和催化反应机制。

通过模拟反应物在反应中的行为,可以研究反应物之间的相互作用、反应速率、反应通道等,为理解和优化化学反应提供理论依据。

分子动力学的模拟和模型

分子动力学的模拟和模型

分子动力学的模拟和模型分子动力学(Molecular Dynamics,MD)是一种计算模拟手段,用于模拟分子内部的物理运动和相互作用。

在分子动力学模拟中,分子被视为由牛顿力学定律所描述的一组粒子,通过近似求解牛顿方程,得到了所有粒子的速度和位置的演化轨迹。

在过去的几十年里,MD已经在物理、化学、生物、材料领域得到广泛应用,为了解、预测实验现象和计算新材料等问题提供了重要的方法。

MD的基本思想分子动力学的基本思想就是利用经典力学来描述分子运动。

基于牛顿运动定律和库仑定律,MD能够具体描述任意物质中的分子运动和相互作用。

正如在牛顿力学中,物体的力学行为取决于它的初始状态和所受力的性质,分子也是这样。

分子具有多个自由度,例如位置、速度、角动量、能量等,而MD通过解牛顿方程来描述分子系统的演化。

在一个分子系统内,所有分子之间的相互作用包括原子间的共价键、范德华力、库仑项、文献学力和熵等等。

通过粗粒化模型或柔性模型,我们可以将分子看作连续的、相互独立的动态实体,用相对应的势能函数描述分子之间的相互作用。

MD的模拟过程MD的模拟过程主要分为以下几步:1.构建模型:首先需要选取一个分子系统,然后在该分子系统之间计算出分子间的相互作用。

根据实验数据和经验规律,建立合适的势能函数,描述分子间的作用力。

2.设定初始状态:设定初始状态,包括分子系统的总能量、总动量、总角动量等状态参数。

这些状态可以通过实验测量或计算获得。

3.计算牛顿方程:利用牛顿方程对分子进行运动轨迹计算,在计算中需要考虑分子之间的相互作用、边界条件、周期性系统等方面。

4.更新分子状态:通过数值积分的方法,根据当前的状态和牛顿方程计算得到分子的下一步状态,再更新分子的位置、速度和角动量。

5.输出结果:计算完成后,可以输出分子系统的各种状态参数和分子间的距离、角度、分布函数及分子间相互作用的力学参数等。

MD模拟的应用MD模拟已经成为计算化学中的一项重要技术。

ms表面吸附分子动力学模拟

ms表面吸附分子动力学模拟

ms表面吸附分子动力学模拟摘要:1.引言:介绍MS 表面吸附分子动力学模拟的背景和意义2.MS 表面吸附分子动力学模拟的基本原理3.MS 表面吸附分子动力学模拟的具体方法4.MS 表面吸附分子动力学模拟的应用案例5.总结:对MS 表面吸附分子动力学模拟进行总结和展望正文:一、引言在材料科学研究中,表面吸附分子动力学模拟作为一种重要的研究手段,对于理解材料表面与分子之间的相互作用机制具有重要意义。

特别是在金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)等领域,MS 表面吸附分子动力学模拟为研究者提供了深入探讨材料表面性质和吸附性能的有效途径。

二、MS 表面吸附分子动力学模拟的基本原理MS 表面吸附分子动力学模拟是基于分子动力学(Molecular Dynamics,简称MD)方法的一种模拟技术,主要研究分子在固体表面的吸附行为。

其基本原理是通过计算机模拟,在特定的温度和压力条件下,研究分子在固体表面的吸附、解吸过程以及吸附分子在固体表面上的构型变化、振动模式等。

三、MS 表面吸附分子动力学模拟的具体方法1.模型构建:首先需要构建研究体系的模型,包括固体表面和吸附分子的模型。

模型的构建需要依据实验数据和理论计算结果,以确保模拟结果的准确性。

2.模拟过程:在模型构建完成后,通过分子动力学模拟方法,模拟分子在固体表面的吸附过程。

模拟过程中需要设置温度、压力等参数,并根据需要对模拟过程进行微观调控。

3.数据分析:模拟结束后,对模拟结果进行数据分析,提取吸附等温线、吸附势能曲线等关键信息,以揭示分子在固体表面的吸附行为和规律。

四、MS 表面吸附分子动力学模拟的应用案例1.金属有机骨架材料(MOFs):MOFs 是一类具有高比表面积、可调结构和化学功能性的晶态材料。

通过MS 表面吸附分子动力学模拟,可以研究分子在MOFs 表面的吸附行为,为优化MOFs 材料性能提供理论依据。

ms表面吸附分子动力学模拟

ms表面吸附分子动力学模拟

ms表面吸附分子动力学模拟摘要:一、引言1.分子动力学模拟简介2.MS 表面吸附简介3.MS 在工业和科研中的应用二、MS 表面吸附分子动力学模拟原理1.分子动力学模拟的基本原理2.MS 表面吸附的模拟方法3.相关参数和模型介绍三、MS 表面吸附分子动力学模拟应用实例1.金属材料表面吸附模拟2.聚合物材料表面吸附模拟3.生物膜表面吸附模拟四、MS 表面吸附分子动力学模拟的优势与局限1.优势:模拟精度高、可预测性强2.局限:计算资源需求大、模型建立复杂五、结论1.MS 表面吸附分子动力学模拟的重要性2.未来发展趋势与前景正文:一、引言随着科学技术的不断发展,分子动力学模拟技术在材料科学、生物医学等领域得到了广泛应用。

MS(Molecular Simulation)表面吸附作为一种重要的模拟方法,可以帮助我们深入理解分子在材料表面的吸附行为,从而为材料的设计、制备及应用提供理论依据。

本文将围绕MS 表面吸附分子动力学模拟展开讨论,首先介绍分子动力学模拟的基本原理,然后阐述MS 表面吸附的模拟方法及相关参数和模型,接着通过实例分析介绍MS 表面吸附分子动力学模拟在不同领域的应用,最后讨论MS 表面吸附分子动力学模拟的优势与局限,以及未来的发展趋势。

二、MS 表面吸附分子动力学模拟原理1.分子动力学模拟的基本原理分子动力学模拟是一种基于量子力学和统计力学原理的方法,通过模拟大量粒子(分子或原子)之间的相互作用,以揭示材料的宏观性能。

在分子动力学模拟中,粒子受到相互作用力的作用,按照一定的运动规律进行运动,通过计算粒子在各个时间步长的位置、速度等信息,最终得到体系的宏观性质。

2.MS 表面吸附的模拟方法MS 表面吸附分子动力学模拟主要采用以下方法:首先对体系进行初始化,包括设定粒子坐标、速度等;然后进行模拟计算,主要包括碰撞检测、相互作用力计算、位置更新等;最后对模拟结果进行分析,得到表面吸附量、吸附能等信息。

磁控溅射薄膜生长的模拟方法

磁控溅射薄膜生长的模拟方法

表面技术第51卷第2期磁控溅射薄膜生长的模拟方法王晓倩,赵晋,刘建勇(天津工业大学 纺织科学与工程学院,天津 300387)摘要:磁控溅射技术制备的薄膜膜层均匀,内部无气孔,密度高,与衬底的附着性良好,薄膜质量高,被广泛应用于科学研究和工业生产中,且适合应用计算机模拟来研究溅射过程和溅射结果,这样既可以检验模拟的准确性,又可以对实验现象的内在意义进行挖掘,为后续实验提供参考信息。

在介绍磁控溅射薄膜生长常用模拟方法原理的基础上,详细讨论了第一性原理(First-principles calculations)、分子动力学(Molecular dynamics,MD)和蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)等3种方法的适用条件和模拟结果,从3种方法适合解决的问题、相互之间的区别等方面,对国内外最新的研究进展进行总结与分析。

发现3种方法在精确度和计算量上依次递减,在可模拟的时间和空间尺度上依次递增,在模拟对象上,第一性原理方法由于其高度的精确性被广泛应用于对薄膜本身的性质或对粒子间的运动等方面,且模拟结果可以是具体数值,从而对实验进行更加精确的预测和指导,分子动力学方法多用于模拟薄膜生长过程和原子间行为等方面,蒙特卡洛方法相较于前两者,用途更加广泛,可模拟的对象除了薄膜本身,也可以对电磁场等进行模拟。

最后,对磁控溅射薄膜生长模拟未来的研究方向进行了展望。

关键词:磁控溅射;第一性原理方法;分子动力学方法;蒙特卡洛方法;数值模拟;薄膜中图分类号:O484 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2022)02-0156-09DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2022.02.014Simulation Method of Magnetron Sputtering Film GrowthWANG Xiao-qian, ZHAO Jin, LIU Jian-yong(School of Textile Science and Engineering, Tiangong University, Tianjin 300387, China)ABSTRACT: The film prepared by magnetron sputtering technology is uniform and free from pores inside, with high density, good adhesion to the substrate and excellent quality and has been widely used in scientific research and industrial production.Such film is suitable for the simulation by computer to study sputtering process and sputtering results, which can not only check the accuracy of simulation, but also excavate the intrinsic meaning of experimental phenomena and provide reference information for subsequent experiments. Based on the introduction of the principles of the commonly used simulation methods for the growth of magnetron sputtering films, the applicable conditions and simulation results of the three methods, first-principles calculations, molecular dynamics (MD) and Monte Carlo (MC), were discussed in detail and the latest research收稿日期:2020-09-02;修订日期:2021-07-12Received:2020-09-02;Revised:2021-07-12作者简介:王晓倩(1995—),女, 硕士研究生,主要研究方向为纺织品功能整理。

冷表面水分子结霜机理的分子动力学模拟研究

冷表面水分子结霜机理的分子动力学模拟研究

Value Engineering0引言结霜广泛存在于制冷空调、低温工程、冷冻冷藏和航空航天等领域,蒸发器表面结霜使得制冷设备的运行效率大大下降,增加系统能耗,严重时甚至造成系统堵塞,引发非常严重的后果[1]。

因此,深入研究冷表面上的结霜机理具有重要的现实意义。

在实验研究方面,吴晓敏[2]在冷表面温度-10℃的结霜实验中观察到,结霜过程经历了水珠生成、长大(包括水珠合并)、冻结、初始霜晶生成以及霜晶成长(包括部分霜晶的倒伏)的丰富过程。

徐煦[3]等人对结霜初始阶段进行了实验研究,观察到两类结霜初始过程:第一类是水蒸气首先在冷表面上凝结成小液滴,小液滴不断聚拢长大,并以过冷水的状态持续一段时间后冻结,然后在冻结水滴的顶部霜层开始生长;第二类是水蒸气在冷表面的不同位置直接发生凝华,呈针状霜晶。

Hayashi [4]在研究水平冷面上的结霜现象时,明确地把结霜过程概括为三个阶段:霜晶生长期,霜层生长期和霜层充分生长期。

霜层生长过程的三段式划分既正确定义了霜层生长的不同阶段,又符合霜层生长的客观规律,故被后来的研究者们广为认同。

李丽艳[5]在其深冷表面的结霜实验中观察到冷表面温度的降低会导致霜层厚度随之降低的现象,这与在普冷温度范围内霜层厚度随着冷表面温度的降低而增加的规律截然相反。

她认为在普冷温度范围内霜层的生长机制为水蒸气扩散机制,该机制下霜层生长速度快,当冷表面温度足够低时,霜层的生长机制逐渐变为粒子沉积机制,而该机制下霜层生长缓慢,且冷板温度越低,粒子沉积机制持续的时间越长。

在数值模拟方面,Sungjoon Byun 等人[6]建立了预测低温条件下霜层生长行为的结霜模型,模拟结果显示霜层由水蒸气直接凝华形成,靠近冷板表面的霜层密度较高,而霜层表面附近的霜密度较低,与实验结果吻合良好。

此外,霜层表面温度在最初的30分钟内迅速升高。

董琪琪等人[7]利用三维分子动力学模拟方法研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程,指出当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减少,同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长。

形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟

形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟

形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟在材料科学领域,冶金复合材料是一种非常有潜力的材料,它由两种或更多种不同的金属材料组成,通过热加工、机械加工、等离子弧焊、激光熔覆等工艺制备而成。

冶金复合材料因其物理性能优异,广泛应用于航空、汽车、机械等领域。

其中,界面的形成和性质对材料的整体性能有着至关重要的作用。

本文将介绍一种用分子动力学模拟研究冶金复合材料界面形成的方法。

一、分子动力学模拟简介分子动力学(Molecular Dynamics,MD)是一种分子模拟方法,主要用于研究分子间相互作用、分子的运动及其对宏观状态的影响。

分子动力学方法基于牛顿运动定律和哈密顿原理,通过数值模拟方法,将需要研究的分子体系建模并用数学方法求解其运动方程,从而得到分子的动态行为及性质。

二、冶金复合材料界面的分子动力学模拟冶金复合材料的界面是由两个或多个不同材料界面相互作用而形成的。

在分子动力学模拟中,可以通过建立一个真实的原子模型来研究界面形成的过程。

具体而言,包括以下步骤:(1)原子模型的构建冶金复合材料的材料选择和界面形态决定了原子模型的构建方式。

在构建原子模型时,首先需要选择用于模拟的原子种类和材料组成比例,然后通过分子动力学软件进行模型构建并设置参数,包括粒子间相互作用力和初速度等。

(2)原子模型的能量计算在模拟过程中,需要计算原子模型各个时刻的能量,以表征各个原子之间的相互作用。

因此,需要对原子间的相互作用力进行计算,从而得到体系的总势能。

通常采用Lennard-Jones 势函数来描述相互作用力。

(3)界面的形成过程模拟界面的形成主要是由于两种不同材料之间的扩散和相互作用引起的。

在分子动力学模拟中,可以通过模拟两种不同材料之间的相互作用,分析物质的扩散、界面的热力学稳定性及其界面形态变化等物理过程。

三、分子动力学模拟在冶金复合材料界面研究中的应用目前,分子动力学模拟在冶金复合材料界面的研究中已经得到广泛应用。

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION分子动力学模拟

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION分子动力学模拟

38Leabharlann xiiixivCONTENTS
3
Hard Spheres 3.1 Kinematics of Hard-Sphere Collisions, 105 3.2 Collision Times, 108 3.3 Simulation Algorithm, 112 3.4 Initial Positions and Velocities, 115 3.5 Monitoring Equilibration, 117 3.6 Unpredictability, 123 3.7 Phase Diagram, 126 3.8 Assessing Reliability of Results, 130 3.9 Summary, 140 References, 141 Exercises, 142
148
5 Soft Spheres 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Intermolecular Potential Models, 189 Initialization, 198 Equilibration, 204 Production, 210 Assessing Reliability of Results, 211 Summary, 216 References, 217 Exercises, 217
MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION
Elementary Methods
J. M. HAILE Clemson University Clemson, South Carolina
Wiley Professional Paperback Edition Published 1997
188
6
Static Properties 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Simple Thermodynamic Properties, 225 Thermodynamic Response Functions, 234 Entropic Properties, 243 Static Structure, 260 Summary, 265 References, 267 Exercises, 268

分子动力学模拟的英文

分子动力学模拟的英文

分子动力学模拟的英文Molecular dynamics simulation is a computational method used to study the physical movements of atoms and molecules. It involves solving Newton's equations of motion for a system of interacting particles, typically using numerical methods. This technique allows researchers to gain insights into the dynamic behavior of materials, biological systems, and other complex systems at atomic or molecular scales.The fundamental principle of molecular dynamics simulation is to represent the system of interest as a collection of interacting particles. These particles can be atoms, molecules, or clusters of atoms/molecules, depending on the level of detail required for the simulation. The interactions between particles are typically describedusing force fields, which are mathematical functions that describe the potential energy of the system as a functionof the positions and orientations of the particles.The simulation process begins with the selection of aninitial configuration for the system. This can be obtained from experimental data, or it can be generated randomly or using specific algorithms. Once the initial configurationis set, the forces acting on each particle are calculated using the force field. These forces are then used to compute the accelerations of the particles according to Newton's second law of motion. The velocities and positions of the particles are then updated using these accelerations, typically using a time-stepping algorithm such as theVerlet algorithm.The simulation continues by iterating this process over time, allowing the system to evolve dynamically. As the simulation proceeds, the particles move and interact with each other, leading to changes in the system's structureand properties. By monitoring these changes, researcherscan gain insights into the dynamic behavior of the system and how it responds to external perturbations or changes in conditions.Molecular dynamics simulations can be used to study a wide range of systems and phenomena. In materials science,they can be used to understand the atomic-scale mechanisms underlying material properties such as mechanical strength, thermal conductivity, and electrical conductivity. In biology, they can be used to study the dynamics of proteins, nucleic acids, and other biomolecules, revealing insights into their function and interactions with other molecules.In addition to providing fundamental understanding of these systems, molecular dynamics simulations can also be used to predict and design new materials or molecules with desired properties. For example, they can be used to screen potential drug candidates or optimize the performance of materials for specific applications.However, it is important to note that molecular dynamics simulations have limitations. The accuracy of the results depends on the quality of the force field used to describe the interactions between particles. While manyforce fields have been developed and validated fordifferent types of systems, they may not always accurately represent the complex interactions that occur in real systems. Furthermore, molecular dynamics simulations arecomputationally intensive and may require significant resources to run, especially for large systems or long simulation times.Despite these limitations, molecular dynamics simulations have become a valuable tool in many fields of science and engineering. They provide a unique means to study the dynamic behavior of complex systems at atomic or molecular scales, complementing experimental techniques and enabling the discovery of new materials and molecules with improved properties.。

分子动力学模拟方法的基本原理与应用

分子动力学模拟方法的基本原理与应用

分子动力学模拟方法的基本原理与应用摘要: 介绍了分子动力学模拟的基本原理及常用的原子间相互作用势, 如Lennard-Jones势; 论述了几种常用的有限差分算法, 如Verlet算法; 说明了分子动力学模拟的几种系综及感兴趣的宏观统计量的提取。

关键词: 分子动力学模拟; 原子间相互作用势; 有限差分算法;分子动力学是一门结合物理,数学和化学的综合技术。

分子动力学是一套分子模拟方法,该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。

从统计物理学中衍生出来的分子动力学模拟方法(Molecular Dynamics Simulation, MDS) , 实践证明是一种描述纳米科技研究对象的有效方法, 得到越来越广泛的重视。

所谓分子动力学模拟, 是指对于原子核和电子所构成的多体系统, 用计算机模拟原子核的运动过程, 从而计算系统的结构和性质, 其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动。

它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段, 称之为“计算机实验”手段, 在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用。

科学工作者在长期的科学研究实践中发现,当实验研究方法不能满足研究工作的需求时,用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息;尽管计算机模拟不能完全取代实验,但可以用来指导实验,并验证某些理论假设,从而促进理论和实验的发展。

特别是在材料形成过程中许多与原子有关的微观细节,在实验中基本上是无法获得的,而在计算机模拟中即可以方便地得到。

这种优点使分子动力学模拟在材料研究中显得非常有吸引力。

分子动力学模拟就是用计算机方法来表示统计力学,作为实验的一个辅助手段。

分子模拟就是对于原子核和电子所构成的多体系统,求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程),其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动,通过分析系统中各粒子的受力情况,用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度,以确定粒子的运动状态,进而计算系统的结构和性质。

分子动力学模拟中的模型构建与参数优化技术

分子动力学模拟中的模型构建与参数优化技术

分子动力学模拟中的模型构建与参数优化技术分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation, MD)是一种重要的计算模拟方法,可以用来研究原子和分子间的相互作用、热力学性质以及宏观材料的宏观性质。

在进行MD模拟之前,必须构建合适的模型并确定参数,以保证模拟结果的准确性和可靠性。

本文将介绍分子动力学模拟中的模型构建与参数优化技术。

一、模型构建在进行分子动力学模拟之前,首先需要构建模型。

模型的构建涉及到选择合适的分子、晶体、纳米材料等,并确定模型的尺寸和结构。

对于有机分子模拟,可以使用化学软件如Gaussian、Schrödinger等进行分子结构优化,获得准确的原子坐标和键长角度等信息。

对于晶体和纳米材料模拟,可以利用实验数据、理论计算和经验规则,通过控制晶胞参数、晶面指数等来构建所需的晶体结构。

此外,还可以利用晶格模型进行晶体结构构建,如周期性边界条件、原子排列方式等。

模型表达方式有两种常见的形式,即原子坐标格式和拓扑格式。

原子坐标格式将每个原子的坐标和类型记录在一个文件中,而拓扑格式则记录原子间的连接关系和键的类型。

模型构建过程中应注意保持模型的平衡和稳定性,避免出现过度拉伸、错位等现象。

对于大分子模拟,可以采用连接分子动力学模拟(Coarse-grained MD)方法,将多个小分子连接在一起,减少模拟系统的规模。

二、参数优化模型构建完成后,还需要确定模型中分子的力场参数。

力场包括键能、角能、二面角能、相互作用势函数等。

常用的力场包括分子力场(Molecular Force Field),如AMBER、CHARMM、OPLS等,以及多体力场(Many-body Force Field)如ReaxFF等。

确定力场参数的方法有多种途径,包括实验测量、量子化学计算和模型拟合等。

实验测量可以通过测定物质的物理性质如密度、熔点、热容等来确定力场参数。

量子化学计算可以通过计算分子结构和能量来获得力场参数。

分子动力学模拟方法的基本原理与应用

分子动力学模拟方法的基本原理与应用

分子动力学模拟方法的基本原理与应用摘要: 介绍了分子动力学模拟的基本原理及常用的原子间相互作用势, 如Lennard-Jones势; 论述了几种常用的有限差分算法, 如Verlet算法; 说明了分子动力学模拟的几种系综及感兴趣的宏观统计量的提取。

关键词: 分子动力学模拟; 原子间相互作用势; 有限差分算法;分子学是一门结合物理,和化学的综合技术。

分子学是一套方法,该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的量和其他宏观性质。

从统计物理学中衍生出来的分子动力学模拟方法(Molecular Dynamics Simulation, MDS) , 实践证明是一种描述纳米科技研究对象的有效方法, 得到越来越广泛的重视。

所谓分子动力学模拟, 是指对于原子核和电子所构成的多体系统, 用计算机模拟原子核的运动过程, 从而计算系统的结构和性质, 其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动。

它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段, 称之为“计算机实验”手段, 在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用。

科学工作者在长期的科学研究实践中发现,当实验研究方法不能满足研究工作的需求时,用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息;尽管计算机模拟不能完全取代实验,但可以用来指导实验,并验证某些理论假设,从而促进理论和实验的发展。

特别是在材料形成过程中许多与原子有关的微观细节,在实验中基本上是无法获得的,而在计算机模拟中即可以方便地得到。

这种优点使分子动力学模拟在材料研究中显得非常有吸引力。

分子动力学模拟就是用计算机方法来表示统计力学,作为实验的一个辅助手段。

分子模拟就是对于原子核和电子所构成的多体系统,求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程),其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动,通过分析系统中各粒子的受力情况,用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度,以确定粒子的运动状态,进而计算系统的结构和性质。

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a r X iv:c ond-ma t/1389v1[c ond-m at.m trl-sci ]25O ct2Surface molecular dynamics simulation with two orthogonal surface steps:how to beat the particle conservation problem Daniele Passerone a,b,c ∗,Ugo Tartaglino b,c §,Furio Ercolessi b,c †,and Erio Tosatti b,c,d ‡a)Max-Planck-Institut f¨u r Festk¨o rperforschung,Stuttgart,Deutschland b)Istituto Nazionale per la Fisica della Materia (INFM)c)International School for Advanced Studies,Trieste,Italy d)International Center for Theoretical Physics,Trieste,Italy Abstract Due to particle conservation,Canonical Molecular Dynamics (MD)simula-tions fail in the description of surface phase transitions involving coverage or lateral density changes.However,a step on the surface can act effectively as a source or a sink of atoms,in the simulation as well as in real life.A single surface step can be introduced by suitably modifying planar Periodic Bound-ary Conditions (PBC),to accommodate the generally inequivalent stacking of two adjacent layers.We discuss here how,through the introduction of two or-thogonal surface steps,particle number conservation may no longer represent a fatal constraint for the study of these surface transitions.As an example,we apply the method for estimating temperature-induced lateral density increase of the reconstructed Au (001)surface;the resulting anisotropic cell change isconsistent with experimental observations.Moreover,we implement this kindof scheme in conjunction with the variable curvature MD method,recentlyintroduced by our group.Keywords :Molecular dynamics;Gold;Surface structure,morphology,rough-ness,and topography;Low index single crystal surfaces;Vicinal single crystalsurfaces;Surface relaxation and reconstruction.I.INTRODUCTIONClassical Molecular Dynamics(MD)simulation of crystal surfaces is generally inadequate for the description of physical situations involving large density and structure changes in-cluding some surface reconstructions,incomplete melting,thermal preroughening and rough-ening,etc.due to the constraint of particle conservation.A single monatomic step can act as a source or sink of atoms:given a request for lateral density variation the step can move normally to its direction,to accommodate to it.Pairs of steps of opposite sign are generally easy to implement in a slab simulation:but this is not optimal,for it leads to a very limited size terrace,with non-negligible step-step interactions(≃1/L2,if L is the terrace size),and general hindering of the step movement.To minimize this problem,one can introduce a single step per unit cell,which will weakly interact only with its own replicas(L being in this case the entire lateral size of the simulation cell)through periodic boundary conditions (PBC).To this end,the PBC must be modified so that a layer n on the cell right hand side is joined at the left hand side not with itself,but with layer n+1.In this manner the single step is introduced topologically.That scheme was applied with success to the simulation of the lateral density increase of the reconstructed hexagonal overlayer of Au(001)[1].The movement of the step was indeed observed,with an enhanced mobility connected in that case with the incommensurability betweenfirst and second layer[2].However,a lateral density adjustment will in general take place in both directions on the surface and not just along one.The impossibility for the density to re-adjust in both directions(as implied by the unidirectional single step construction,and by rigid overall PBC parallel to the step)can also hinder interplanar sliding which might in real life require simultaneous sliding in both planar directions.The natural solution to this problem is to allow the same freedom in both orthogonal surface directions.A practical realization of this task is presented here through the implementation of two orthogonal steps.We willfirstof all examine the practical implementation and the applicability to surfaces of unbent as well as of bent crystals,in the light of the recently introduced variable curvature molecular dynamics method[3].We will then present direct examples of application,exploiting as done previously[2,3]gold surfaces as a test case.II.THE DOUBLE STEPA surface with regularly repeated steps separated by large terraces is a vicinal surface.A method for generating a vicinal surface for simulation is to rotate a slab by an angle θ=arctan(L/h)with aflat surface and dimensions L x×L y×L z around the step axis (called x)(with L the distance between the steps and h the interplanar separation)and to “cleave”the crystal surface accordingly,generating a sequence of monatomic steps.If L is chosen equal to L y,a single step is produced.In a typical high symmetry direction of an fcc crystal,such as(111)or(001),the stacking of the layers is ABCABC...or ABABAB....If a single step is produced,the portion of terrace above the step and the one below will belong to layers of different sublattices,thus causing a mismatch in the periodic boundary conditions (PBC).This problem is solved through the introduction of an additional translation vector in the PBC,absorbing the mismatch between the two different layers[2].An equivalent solution is to modify the dimensions and orientation of the simulation cell,which will no longer be built with an integer number of unit cells nor with walls parallel to high-symmetry planes of the crystal[4].We prefer here the former approach.If we now wish to add a single step along the orthogonal y direction as well,a problem in the PBC will obviously appear also in the x direction,and we will need two rotations of the slab.Thefirst,through an angleθ≃L y/h about the x axis brings the y axis into y′. The second,through an angleφ≃L x/h,about y′.The dimension of the cell is chosen so that a particle and its image lie at the same height z.III.APPLICATION TO A FLAT SURF ACEAs an example,we consider a Au(001)surface,whose hexagonal reconstructed layer is incommensurate,with a cell approximately(n×5)with n≃30.In the[110](henceforth y)direction,6surface rows,shifted alternatingly so as to form a quasi triangular layer,are stacked on5rows of the underlying square second layer.In the[1and after it was heated in this way.At the beginning(T=0)the four sub-terraces had equal dimensions(left panel).At T=900K(right panel)the situation has now changed,with a visible withdrawal(even if superposed with meandering)of the x-step along the positive y direction,but no visible shift of the y-step along the x direction.As a result,the two lower subterraces0,-1have expanded at the expense of the two upper ones1,0.The relative x-step withdrawal is about 4%.Since that happens in one direction only,this measures exactly the relative lateral density increase in the top layer of our Au(001)on heating model between zero and900K. This value equals very closely the magnitude of the known surface lateral density increase of real Au(001)from room temperature to900K[6,7].Not surprisingly it is mostly the weakly pinned x-step that acted as a source of atoms for the terrace density increase,while hardly anything happened to the strongly pinned y-step.The reconstruction periodicity drift with temperature from(5×30)to roughly(5×28.5),which is precisely the trend seen experimentally[6].IV.DOUBLE STEP AND V ARIABLE CUR V ATUREA second interesting application of the double step geometry is in conjunction with the Variable Curvature Molecular Dynamics(VCMD)method[3].That method allows the simulation of a bent slab,the radius of bending curvature treated as an additional degree of freedom.In the force-free case,the slab will adopt a spontaneous curvature in response to the surface stress difference of its two faces[9].Alternatively,a bending force or constraint can be applied to the slab,to force a given curvature.The associatedfields of strain and stress in the slab will change its overall free energy and in particular that of its surfaces[10]. In response,the equilibrium surface lateral density may also generally change,and we can gauge that change with our double step method.Special care must be taken in this case concerning PBC:if the slab is bent,a particle with velocity parallel to the bending direction which crosses the boundary of the simulation cell,must remain on the same‘orbit’,thusthe translation vector added to the usual PBC refolding vectors should be also parallel to the bending direction.With this in mind,we have considered two important cases under√bending:Au(001)(1×5)and the Au(111)with its(3×n periodicity should change,in particular n should increase.√We started with a single(2](henceforth x)direction and two orthogonal steps,a total of about1200surface atoms,for a slab thickness of40layers.We applied afinite curvature in the[13×22)and there are only3solitons.The step parallel to the soliton advances in this case,accepting atoms from the terrace.On the other hand,the other step (orthogonal to the solitons)remains pinned,most likely due to strong commensurability. Hence in comparison with the Au(001)studied in the previous chapter,we have step motion parallel rather than orthogonal to the soliton,and we also demonstrate step advancing rather than withdrawing.V.CONCLUSIONS AND PERSPECTIVESTwo orthogonal single steps can be built topologically on a simulated crystal surface through periodic boundary conditions.This device is shown to permit,under favorable conditions,an effectively grand canonical study of the surface with molecular dynamics (MD)simulation,otherwise strictly canonical.Any change of surface coverage will reflectin an advancement or retraction of the two steps,that can be naturally quite anisotropic. The method is shown to work by means of two case studies.the thermal increase of lateral surface density of Au(001),and the strain-induced decrease of that of Au(111).In both cases only one step eventually moved,but the presence of two orthogonal steps allowed to separate the lateral expansion in two directions.The conclusion that the con-traction is dominant in one direction with respect to the other,althoug physically plausible, could not have been drawn with a single step geometry.In the case of surfaces under strain,we are presently applying the same method to the curved Au(100),and the results will appear in a future paper[11].ACKNOWLEDGMENTSWe acknowledge support from MURST COFIN99,and from INFM/F.Research of D.P. in Stuttgart is supported by the Alexander Von Humboldt foundation.REFERENCES∗Corresponding author,Address:Heisenbergstrasse1,D-70569Stuttgart,Deutschland.Fax number:+497116891702E-mail:daniele@passerone.de§E-mail:tartagli@sissa.it†E-mail:furio@sissa.it‡E-mail:tosatti@sissa.it[1]G.Binnig,H.Rohrer,Ch.Gerber,and E.Stoll,Surf.Sci.144(1984)321;K.Yamazaki,K.Takayanagi,Y.Tanishiro and K.Yagi,Surf.Sci.199(1988)595;Y.F.Liew and G.C.Wang,Surf.Sci.227(1990)190.[2]D.Passerone,F.Ercolessi,and E.Tosatti,Surf.Sci.460(2000)1000.[3]D.Passerone,E.Tosatti,G.L.Chiarotti and F.Ercolessi,Phys.Rev.B59(1999)7687[4]We found easier to produce new slabs in this second way;moreover,if bending slabsare simulated,with this choice the high symmetry directions of the crystal are parallel to the bending direction of the cell.[5]D.Passerone,F.Ercolessi,and E.Tosatti,Surf.Sci.377-379(1997)27.[6]D.Gibbs,B.M.Ocko,D.M.Zehner,and S.G.J.Mochrie,Phys.Rev.B42(1990)7330;D.L.Abernathy,S.G.J.Mochrie,D.M.Zehner,G.Gr¨u bel and Doon Gibbs, Phys.Rev.B B45(1992)9272.[7]D.Passerone,Ph.D.Thesis,SISSA1998,Trieste Italy[8]F.Ercolessi,E.Tosatti,and M.Parrinello,Phys.Rev.Lett.57(1986)314.[9]H.Ibach,Surf.Sci.Rep.29(1997)193.[10]U.Tartaglino,D.Passerone,F.Ercolessi,and E.Tosatti,submitted for ECOSS19.[11]D.Passerone,U.Tartaglino,F.Ercolessi,and E.Tosatti,in preparation.[12]A.Bartolini,F.Ercolessi,and E.Tosatti,in The Structure of Surfaces II,edited by J.F.van der Veen and M.A.van Hove(Springer-Verlag,Berlin,1988),p.132;A.Bartolini,F.Ercolessi,and E.Tosatti,Phys.Rev.Lett.63,872(1989).FIGURE CAPTIONS•Figure1:The20-layers slab of the reconstructed Au(100)surface with two orthogonal steps;the corrugations given by the5×1periodicity is clearly visible.•Figure2:Top view of the Au(100)surface before and after heating at900K(brighter atoms are higher,thus the top left terrace is the highest one).Before heating,the four subterraces have the same size(left);after heating,the horizontal step has retracted, signalling a lateral density increase(right).The numbers(0,-1,1)indicate the relative height of the four subterraces.•Figure3:First few layers of the simulated Au(111)slab under compressive strain along the10102030405060M i s f i t o f I l a y e r w i t h s u b s t r a t ey (Angstrom)No strain 4 % strain。

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