异质结模型搭建

半导体异质结因其架构构造的特点，具有量子效应、迁移率大等特点，具有奇异的二度空间特性，在发光组件、激光二极管、异质结构双极晶体管等领域有广泛应用。我们以二维MoS_2和黑磷单层为例演示如何利用vaspkit-804命令建立异质结，其他异质结类型搭建类似：

我们首先简单讲一下算法原理，要搭建异质结，为了减少晶格适配率，一般要对结构A和B进行超胞操作。假设结构A超胞的面内晶格常数分别为A_1和B_1，A_1=m_1a_1+n_1b_1，B_1=l_1a_1+k_1b_1，其中a_1和b_1是结构A原胞的晶格常数，这里m_1，n_1，l_1和k_1是从0变化到N的整数；同样对结构B也有，A_2=m_2a_2+n_2b_2，B_2=l_2a_2+k_2b_2，其中a_2和b_2是结构B原胞的晶格常数。

显然要使A和B要构成超晶格，必须满足三个条件：(1) A_1\approx A_2; (2) B_1\approx B_2; (3) \gamma_1\approx\gamma_2，这里\gamma为面内晶格基矢夹角,可通过以下伪代码通过循环遍历寻找:

DO m1=0, N
   DO n1=0, N
      DO l1=0, N
         DO k1=0, N
            DO m2=0, N
               DO n2=0, N
                  DO l2=0, N
                      DO k2=0, N
                        IF（(A1-A2) < eps AND  (B1-B2) < eps AND (gamma1-gamma2) <eps) THEN
                           WRITE('This is a heterojunction')
                        ENDIF
                     END DO 
                  END DO
               END DO
            END DO
         END DO
      END DO                                  
   END DO
END DO

第一步：准备好黑磷和MoS2原胞结构文件POSCAR1和POSCAR2，当然也可以是其它文件名称，这时候vaspkit会要求你输入文件名；

第二步：运行vaspkit，依次输入以下命令：

 ------------>>
8
 ============================ Model Options ======================
 803) Build Surface with Specified Miller Index
 804) Build Heterostructure from Two Specified Slabs

 0)   Quit
 9)   Back
 ------------>>
804
 Input the Mismatch Tolerance (e.g. 0.5 means < 0.5%)

 ------------>>
0.8 （0.80代表晶格适配率<0.8%）
 Input the Interlayer Space and Vacuum Thickness (e.g., 3.0 10):

 ------------>>
3.0 12（3.0表示搭建异质结时两层Slab之间的距离为3埃，真空层厚度设置为12埃）

经过几分钟的计算， 一共得到35个构型满足晶格晶格适配率小于0.5%的条件，vaspkit会一次性生成所有满足限定条件的结构。我们以HETERO_5_46.0_192.vasp文件来说明生成文件命名规则：5代表第5个构型，46.0表示异质结面内晶格基矢夹角为46°，一共有192个原子。更具体的结构信息可通过HETERO_LIST文件查看，结构信息格式如下所示：

Configuration:  1
Mismatch (%): 0.568
Lattice Angle (Degree):  49.006
Lattice Constant a and b (Angstrom): 30.263 19.852
Total atoms:  276
Total atoms of A and B Structures:  120  156
Transformation matrix for A Structure:
    6    5    0
    6    0    0
    0    0    1
Transformation matrix for B Structure:
   10    9    0
    2    7    0
    0    0    1
<<--------------------------------------------------------------------->>
Configuration:  2
Mismatch (%): 0.522
Lattice Angle (Degree):   8.529
Lattice Constant a and b (Angstrom): 33.484 30.438
Total atoms:   91
Total atoms of A and B Structures:   40   51
Transformation matrix for A Structure:
    3    7    0
    4    6    0
    0    0    1
Transformation matrix for B Structure:
    7   12    0
    5   11    0
    0    0    1

我们随机挑出3个结构如下图所示：

如何想要筛选特定角度的异质结（仅支持1.3.0及以上版本），例如想得到具有正交格子的异质结构，可在~/.vaspkit中设置

MAX_ATOM_NUMBER    1000      最大原子数不超过1000
MIN_LATTICE_ANGLE  89        最小ab晶格夹角为89°
MAX_LATTICE_ANGLE 91         最大ab晶格夹角为91°

如果您使用VASPKIT，请记得引用哦！

V. Wang, N. Xu, J.-C. Liu, G. Tang, W.-T. Geng, VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code, Computer Physics Communications 267, 108033, (2021), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033

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