分子动力学模拟实验报告doc

分子动力学模拟实验报告

篇一：分子动力学实验报告 md2

分子动力学实验报告

（ XX 至 XX 学年第_2_学期）

班级：姓名：学号：实验名称：晶体点缺陷成绩：

一、实验目的

计算空位形成能和间隙原子形成能。探究形成的空位和间隙原子所在的位置

不同其形成能的变化。以及空位和间隙原子的浓度不同时其空位能和间隙原子形

成能的变化。

二、实验原理

点缺陷普遍存在于晶体材料中，它是晶体中最基本的结构缺陷，对材料的物

理和化学性质影响很大。

根据点缺陷相对于理想晶格位置可能出现的几种主要偏差状态，可将其命名

如下：

（1）空位：正常节点位置上出现的原子空缺。

（2）间隙原子（离子）：指原子（离子）进入正常格点位置之间的间隙位

(本文来自：小草范文网:分子动力学模拟实验报告)

置。

（3）杂质原子（离子）：晶体组分意外的原子进入晶格中即为杂质，杂质

原子若取代晶体中正常格点位置上的原子（离子）即为置换原子（离子），也可

进入正常格点位置之间的间隙位置而成为填隙的杂质原子（离子）。

一般情况下，空位、间隙原子都是构成晶体的原子或离子偏离原有格点所形

成的热缺陷。在一定温度下，晶体中各原子的热振动状态和能量并不同，遵循麦

克斯韦分布规律。热振动的原子某一瞬间可能获得较大的能量，这些较高能量的

原子可以挣脱周围质点的作用而离开平衡位置，进入到晶格内的其他位置，于是

在原来的平衡格点位置上留下空位。根据原子进入晶格内的不同位置，可以将缺

陷分为弗伦克尔（Frenkel）缺陷和肖特基（Schottky）缺陷。

点缺陷都只有一个原子大小的尺度，因此不容易通过实验对其进行直接的观

察。而且实验方法研究缺陷时利用较多的还是缺陷对晶

体性质的影响。例如，通

过测量晶体的膨胀率和电阻率的变化规律，即可对点缺陷的存在、运动和相互作

用等方面展开间接的研究。分子动力学方法对金属材料原子尺度物理和化学过程

的研究具有实验法无法比拟的优势，可直观的模拟和分析晶体中的点缺陷。若我

们搭建完整晶体的原子个数为N，能量为E1，通过删除和增加一个原子得到空位

和间隙原子，充分弛豫后体系能量为E2，则空位形成能Ev 和间隙原子形成能Ei

分别为：

三、实验过程

（1）进入2_point文件夹

$cd口2_point

（2）运行in.inter文件，得到Cu的八面体间隙原子的图像，以及体系的总

能量的变化，计算出八面体间隙原子的形成能。

$lmp口-i口in.inter

（3）为了使八面体间隙原子的形成能最小，使得八面体间隙原子充分弛豫，

修改八面体插入原子的坐标，改为（0.5,0.25，0.5）

运行文件，得到相应的图

像及体系变化前后的能量，计算出八面体间隙原子的形成能。

$gedit口in.inter

（4）修改输入文件in.inter，将增加的原子坐标改为0.25 0.25 0.25.之后

重复上述步骤，得到四面体间隙原子的图像以及体系能量的改变前后的能量，计

算出四面体间隙原子的形成能。

$gedit口in.inter

（5）再次打开in.inter文件，修改原子的位置，将插入的原子坐标修改为

（0.5,0.25,0.5），再次运行文件，得到相应的图像与变化前后的能量，得到体

系最稳定的状态，此时八面体间隙原子的形成能最小。

$gedit口in.inter

（6）之后继续尝试，加入两个八面体间隙原子，修改坐标使得两个八面体间

隙原子分别在一个晶胞的体心和棱上（坐标分别为（0.5,0.5，,05），（1,1,0.5）），

两个八面体间隙原子在相邻的两个晶胞中的体心（坐标分别为（0.5,0.5，0.5），

（0.5,1.5,0.5）），两个八面体间隙原子在同一个晶胞内的相邻的两条棱上（坐

标分别为（1,1,0.5),（1,2,0.5）），两个八面体间隙原子在相隔较远的两个晶

胞之内（1.5,1.5,1.5），（3.5,3.5,3.5)。得到相应的效果图并计算出每种情

况下的间隙原子的形成能。

$gedit口in.inter

（7）仿照八面体间隙原子，修改四面体间隙原子的坐标，使得两个原子的相

对位置分别为再同一个晶胞中，两个四面体间隙原子的插入位置分别为为相邻

（两个原子的坐标为（0.25,0.25,0.25），（0.75,0.25,0.25）），在面对角线

上（两个原子的坐标分别为（0.75,0.75,0.25）），在体对角线上（坐标分别为

（0.25,0.25,0.25），（0.75,0.75,0.75））和在相隔较远的两个晶胞中的四面

体间隙原子（坐标分别为（1.25，1.25,1.25），（4.25,4.25,4.25））。得到

相应的效果图并计算出每一种情况下的间隙原子的形成能。

$gedit口in.inter

（8）改变体系的大小以改变八面体间隙原子的浓度，将晶胞的个数分别改为

3×3×3,4×4×4,5×5×5,7×7×7,8×8×8，分别运行，分别计算出相应的体

系的间隙原子的形成能。

$gedit口in.inter

（9）运行in.vacancy文件，得到空位的图像和体系改变前后的能量，并计

算出空位的行成能。

$lmp口-i口in.vacancy

（10）修改in.vacancy文件，加入

region centerpoint2 block 1 1.05 2 2.05 1 1.05 delete_atoms region centerpoint2

增加一个空位之后运行文件，得到相应的效果图和体系变化前后的能量并计

算空位形成能。

$lmp口-i口in.vacancy

（11）修改in.vacancy文件，改变体系的大小以改变考位的浓度，将晶胞的

个数分别改为3×3×3,4×4×4,5×5×5,7×7×7,8×8×8，分别运行，计算出