以硅的計算為例,比較S-W,Tersoff,MEAM勢的差異課件

S-W,Tersoff,MEAM勢的差異

—以Si的計算為例材料1002班3組組長：楊志翔組員：秦超逸、單煒韜、何爭明、李向悅

勢函數(shù)的重要性勢函數(shù)的選擇直接影響著分子動力學模擬結果的精度和準確度每一種勢函數(shù)的報道的推出，都會對分子動力學模擬工作起到一定的推動作用高純的單晶硅是重要的半導體材料。用計算機對硅原子的行為進行模擬，一直是研究的熱點。近20年來已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十種針對Si的經(jīng)驗或半經(jīng)驗勢能模型。直到目前,尚未找到一個可以成功描述所有過程的“普適”勢函數(shù)研究目的比較不同勢函數(shù)在計算Si的不同物理性能時的差異通過我們的研究，為Si的計算機模擬時，勢函數(shù)的選擇提供參考勢函數(shù)考慮到實際需要，常常只需要考慮到第三項Lennard-Jones勢二體勢分子晶體實際情況要考慮的更多通過一系列的近似擬合，確定勢函數(shù)的解析形式Si的平衡晶格常數(shù)除了Tersoff勢的計算結果有少量的誤差以外，sw勢和MEAM勢的計算結果都是相當精確的鑒于3種勢的計算結果相差很小，之后的計算都采用5.431A作為Si的晶格常數(shù)計算原理：平衡晶格常數(shù)對應的晶格具有最小的結合能晶格常數(shù)是晶體物質最基本的結構參數(shù)。晶格常數(shù)的計算，是后面一系列計算的基礎Si的體彈性模量三種勢函數(shù)算出的結果都和實驗值較為接近誤差反映出勢函數(shù)模擬的勢能隨晶格常數(shù)的變化規(guī)律是否與實際相同我們的文獻實驗值：99S-W101108Tersoff97.698MEAM97.599體彈性模量：產(chǎn)生單位體積壓縮所需要的壓強Si空位形成能空位形成能：從晶體中移去一個原子，形成空位所需要的能量。E1：完整晶體的能量E2：去掉一個原子，弛豫后的能量N：體系原子數(shù)我們的文獻實驗值：3.73eVS-W勢4.34eV2.82eVTersoff勢2.81eV2.82eV（T2）MEAM勢2.94eV3.67eV計算結果和實驗值都有一定的差距Tersoff計算的結果和文獻上用T2算的結果很接近，但是和用T3算得的結果（3.70eV）相差較大?？赡艿脑颍簠?shù)設置的不合理

勢文件的版本不同近似處理有較大的誤差Si的

熔點方法：初始溫度1000K在nvt下弛豫10000步，然后在npt下升溫到4000K運行30000步，每次升溫4度判斷指標：每個原子的平均勢能突變。期望結果：S-W:可以與實驗值較好吻合Tersoff：較S-W更適合描述液態(tài)的SiMEAM：在熔點計算上誤差較大發(fā)現(xiàn)的問題使用不同的勢函數(shù)對結果有很大的影響Si.tersoff縱坐標：勢能SiC.tersoff縱坐標：勢能2060K3340KSiC.meam縱坐標：體積Si.sw縱坐標：體積2460K2780KSiO.tersoff縱坐標：體積在采用體積標定熔點時，甚至出現(xiàn)過完全相反的結果Si.tersoff縱坐標：體積當參數(shù)設置的不合理時，還出現(xiàn)過體系無法收斂參考文獻周耐根洪濤周浪。MEAM勢與Tersoff勢比較研究_碳化硅熔化與凝固行為（PACS：81.10.Fq,34.20.CF,02.70.Ns）周正有王鐵兵程兆年。分子動力學模擬研究熔態(tài)硅的局部結構(PACC:3420;6120;6125;6190)張世良劉日平。硅熔化與快速凝固過程的模擬研究（doi:10.1016/j.physb.2011.04.005）溫宇，姚曼，王旭東。金剛石結構Si的相互作用勢函數(shù)的優(yōu)化與缺陷運動模擬。材料導報，2008。J.Tersoff,Phys.Rev.B38(1988)9902.F.H.Stillinger,T.A.Weber,Phys.Rev.B31(1985)5262S.J.Cook,P.Clancy,Phys.Rev.B47(1993)7686.F.H.Stillinger,T.A.Weber,Phys.Rev.B31(1985)5262H.Balamane,T.Halicioglu,