最近在東京大學物性研究所參加第一性原理計算的Summer Workshop，期間要做一個 Project，我選擇的 Exercise 6 是
Perform the variable cell optimization of a single layer of MoA2 (A=S,Se,Te) in the 1T- and 2H-structures, and compare their total energies and band structures. Discuss a possible electronic structures at the interface structure.
(ref.: W.S. Paz et al., 2D Mater. 4 015014(2017)).
由于我沒啥經(jīng)驗，一上來就不清楚什么是 1T，2H structures?；它c時間搞清楚它的結(jié)構(gòu)，但一直找不到滿意的基元結(jié)構(gòu)的 .cif 文件，最后終于搞定了。
1T 和 2H 結(jié)構(gòu)區(qū)別
參考文獻里說單層二硫化鉬常見的兩種晶體結(jié)構(gòu)是：穩(wěn)定的2H半導體態(tài) 和 亞穩(wěn)定的1T金屬態(tài)。
如圖1所示，1T 是 a trigonal antiprismatic 結(jié)構(gòu)，trigonal 是三方的意思，但這里的概念有點亂不管了，antiprismatic 表示它不是鏡像的。觀察同一個Mo原子連接的6個S原子，上下兩個"3個S原子組成的三角形"方向相同就是 prismatic（2H），相反就是 antiprismatic（1T）。圖2是這兩種結(jié)構(gòu)在xy平面的投影
1T的結(jié)構(gòu) Octahedral（八面體），其實頂點的六個 S 原子與 Mo 的連線互相垂直，就像是直角坐標軸。
有個疑問：一直搞不清為什么叫做 1T, 2H, 3R， 這里的1，2，3 表示層數(shù)嗎？T, H, R 又來自哪里？是 Trigonal, Hexagonal, Rhombohedral ?
Answer: Here, the letters are labeled as trigonal, hexagonal and rhombohedral, respectively, and the numbers indicate the number of layers in the unit cell.
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Kuc, Agnieszka &Thomas Heine. Chemical Society Reviews 44.9 (2015): 2603-2614.
晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：原胞、基元
最初我以為圖4是1T, 2H 結(jié)構(gòu)的基元（bulk），也就是一個Mo原子，6個S原子?？紤]單層結(jié)構(gòu)，每個S原子和3個Mo原子連接，故每個Mo原子分到1/3個S原子。因此一個基元里1個Mo，2個S，right！但我在各種數(shù)據(jù)庫中總是找不到圖4這樣的CIF文檔。
其實，我經(jīng)常把原胞和基元混在一起，所以就搞不清楚。如果一開始就把它們分開討論，就會清楚很多。
原胞 Unit Cell
1T, 2H 結(jié)構(gòu)的原胞都一樣，它們的晶格結(jié)構(gòu)如圖5，是二維簡單六角晶格（hexagonal lattice），晶格基矢 a, b
基元
如果在圖5中的每個晶格位置，放上圖4中的基元，會發(fā)現(xiàn)Mo和S原子的個數(shù)比值不對，那么就變成了1個Mo,3個S。因此圖4不是晶體的基元，因為1個S原子是3個Mo共享的。那要怎么表述這里面每個小球只表示1/3個的S原子呢。。。
既然一個基元中有1個Mo和2個S，因此他們的基元應該是圖6這樣。兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于這個角的角度不同。1T角度是90°，2H的角度可能更小一點？這取決于你怎么取基元，有不同的選擇。
取基元的時候，必須從上下兩層取S原子，不能取同一層的。舉個例子，從豎直方向看，圖7，圖8的粗線條表示一個個基元：
感覺。。。有時間原胞和基元的概念有點混亂，這和定義有關(guān)。但好像也不是很重要，比如說圖9 Rhombohedral，圖10 HCP 結(jié)構(gòu)，都有夾層的。你說它是原胞吧，它的夾層在晶格基矢所包成的體積里。基元可以認為是一團相同的東西的點模型，而原胞的確是最小重復結(jié)構(gòu)。感覺基元要不要都無所謂，就當是用來簡化的吧。。。
如何得到 OpenMX 結(jié)構(gòu) Input 文件
所以最后的結(jié)構(gòu)輸入文件，網(wǎng)上找到的結(jié)構(gòu)是對的，只需要自己改一改就行。先把COD數(shù)據(jù)庫找到的CIF文件下載下來，然后拖到OpenMX Viewer 網(wǎng)站上，導出 xyz(.dat)格式，然后直接用編輯器打開。根據(jù) OpenMX Viewer 上面的視圖，用編輯器把 .dat 文件中不需要的基元中的原子坐標刪掉，晶格基矢是對的，還需要修改原子個數(shù)等一些基本信息。就得到了正確的結(jié)構(gòu) Input 文件，最后根據(jù)計算的需要修改 .dat 文件的其他參數(shù)即可。
