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(xué)模擬結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度每一種勢函數(shù)的報道的推出，都會對分子動力學(xué)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(dǎo)體材料。用計算機(jī)對硅原子的行為進(jìn)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(jī)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(jié)果有少量的誤差以外，sw勢和MEAM勢的計算結(jié)果都是相當(dāng)精確的鑒于3種勢的計算結(jié)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(yīng)的晶格具有最小的結(jié)合能晶格常數(shù)是晶體物質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)參數(shù)。晶格常數(shù)的計算，是后面一系列計算的基礎(chǔ)Si的體彈性模量三種勢函數(shù)算出的結(jié)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(xiàn)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(qiáng)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(xiàn)實驗值：3.73eVS-W勢4.34eV2.82eVTersoff勢2.81eV2.82eV（T2）MEAM勢2.94eV3.67eV計算結(jié)果和實驗值都有一定的差距Tersoff計算的結(jié)果和文獻(xiàn)上用T2算的結(jié)果很接近，但是和用T3算得的結(jié)果（3.70eV）相差較大。可能的原因：參數(shù)設(shè)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(biāo)：每個原子的平均勢能突變。期望結(jié)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(jié)果有很大的影響Si.tersoff縱坐標(biāo)：勢能SiC.tersoff縱坐標(biāo)：勢能2060K3340KSiC.meam縱坐標(biāo)：體積Si.sw縱坐標(biāo)：體積2460K2780KSiO.tersoff縱坐標(biāo)：體積在采用體積標(biāo)定熔點時，甚至出現(xiàn)過完全相反的結(jié)果Si.tersoff縱坐標(biāo)：體積當(dāng)參數(shù)設(shè)置的不合理時，還出現(xiàn)過體系無法收斂參考文獻(xiàn)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(xué)模擬研究熔態(tài)硅的局部結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)Si的相互作用勢函數(shù)的優(yōu)化與缺陷運動模擬。材料導(dǎo)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,