核心概念
PyLRO 是一款基於 Python 的開源計算器,旨在檢測、量化和顯示週期性結構中的長程有序性,特別適用於研究晶體-非晶態轉變。
摘要
書目資訊
Parrish, K., Hu, Q., & Zhu, Q. (2024). PyLRO: A Python Calculator for Analyzing Long Range Structural Order. arXiv preprint arXiv:2410.09586v1.
研究目標
本研究旨在開發一款名為 PyLRO 的開源 Python 程式套件,用於量化和視覺化固體的相對長程有序性,特別關注於研究非晶態材料中長程有序性的演變。
方法
- PyLRO 基於原子模擬環境 (ASE) 構建,並利用結構文件中中等大小的非晶態材料超晶胞進行分析,無需依賴參考母體結構。
- 該程式首先通過最小化原子偏離理想位置的程度,將晶體亞晶格擬合到輸入的非晶態結構中。
- 然後,通過將原子位置縮放到超晶胞內的近似整數坐標,計算每個原子在非晶態結構中的精確位移。
- 最後,通過計算每個原子偏離其理想晶格點的平均偏差(以特定方向上晶格間距的百分比表示),量化沿任何米勒平面的長程有序性。
主要發現
- PyLRO 能夠準確識別非晶態結構中的最佳亞晶格,並量化任意晶體學方向上的有序性。
- 通過對 AlPO4 結構中間體的分析,驗證了 PyLRO 與現有理論的一致性,並揭示了 AlPO4 非晶態轉變過程中長程拓撲有序性的保留。
- 高通量分析表明,隨著能量增加,AlPO4 結構中的無序性增加,但 c 方向始終保持相對較高的有序性,表明長程拓撲有序性在非晶態結構中得以保留。
主要結論
PyLRO 是一款強大的工具,可用於研究材料的晶體-非晶態轉變,特別適用於分析計算機生成的壓力誘導非晶化 (PIA) 結構。
意義
PyLRO 的開發為研究非晶態材料中的長程有序性提供了一種有效且便捷的方法,有助於深入理解非晶態材料的結構和性質。
局限性和未來研究方向
- PyLRO 的準確性在高度無序的結構中可能會降低,因為原子位移變得非常不規則。
- 未來可以進一步開發 PyLRO 的功能,例如納入對其他結構特徵(如鍵角和配位數)的分析。
統計資料
沿 c 方向的原子平均偏差僅為 [001] 晶面間距的 8.4%。
在分析的 9,533 個結構中,a 方向的平均無序度始终高于其他基軸方向,直至能量達到約 0.8 eV。