在分子动力学(MD)模拟中,Tersoff势函数是一种常用于模拟半导体材料(如硅、碳等)原子间相互作用较有效的势函数。许多研究文献中会提供tersoff势函数的参数,但由于文献中给的公式往往与LAMMPS官网给的公式形式不同,因此,如何将这些参数转换成LAMMPS可用的格式往往是一个挑战。本文将详细介绍这一转换过程,为使用LAMMPS进行MD模拟时更高效地使用tersoff势提供参考。
本文以SiC tersoff势函数文献[1]为例。
1.LAMMPS官网与文献[1]公式对比:
2.LAMMPS官网与文献[1]参数对比:
3.通过公式对比推导解出LAMMPS官网tersoff势文件所需参数利用文献[1]参数的表达式:
4.根据LAMMPS官网tersoff势文件格式写势文件:
tersoff势是三体势,对于单元素体系模拟,势文件只需要一组参数(例如SiSiSi)。对于二元素体系模拟,势文件必须包含 8 组参数( SiSiSi、SiSiC、SiCSi、SiCC、CSiSi、CSiC、CCSi、CCC),对于三元素体系模拟,则需要27组参数。官网给出第2步中哪些是二体势和三体势的参数,二体势参数主要用于描述两个原子之间的直接相互作用,三体势参数用于描述三个原子之间的相互作用,特别是角度依赖性。
在SiSiSi、SiSiC、SiCSi、SiCC、CSiSi、CSiC、CCSi、CCC的书写中,SiSiSi和CCC两组参数直接用文献中的Si和C的计算出来就可以了。SiSiC、SiCSi、SiCC、CSiSi、CSiC则需要注意:
根据这些规则就能轻松写出适用于LAMMPS的Si-C tersoff势文件了。
注意,这里只是举例文献[1]中的tersoff势函数从第1、2到第3步,由于不同文献中给出的tersoff势函数表达式会有些不同,因此推导出的第三步势函数参数表达式会有所不同!!!
参考内容:
文献[1] Erhart P, Albe K. Analytical potential for atomistic simulations of silicon, carbon, and silicon carbide[J]. Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics, 2005, 71(3): 035211.
LAMMPS官网:https://docs.lammps.org/pair_tersoff.html
祝大家科研愉快!!!