求助：如何用第一性原理计算Fe基体中反应2La+3O=L2O3的吉布斯自由能？

popohmily

问题描述：假定高温条件下某一时刻少量La、O原子均匀分布于Fe基体中（初始态），然后La、O原子会通过扩散碰撞从而结合生成L2O3并逐渐达到平衡（平衡态），欲用第一性原理计算Fe基体中反应2La+3O=L2O3的吉布斯自由能。

其中，Fe基体、La单质、L2O3的空间群均已知，PDF卡片均已有现成的。L2O3的标准吉布斯生成自由能、特定温度下La和O在Fe中的溶解自由能、Fe基体中反应2La+3O=L2O3的吉布斯自由能均有实验数据可查，可用来对比计算结果。

个人理解可能的思路：（示意图见附件）

思路1：建立原子数较大的超晶胞，从掺杂的角度考虑溶质原子对体系能量的贡献，对比体系平衡态和初始态的能量变化；

思路2：通过尽可能时间长的分子动力学模拟，获得可接受的平衡态，然后计算体系的能量。

本人对高斯了解多一些，但是高斯好像不能用来解决这个问题；貌似castep和vasp解决的可能性大一些。

当前主要是宏观思路没想明白，也没有见到类似文献（关于掺杂的文献不少），理论、基组、赝势等具体细节那都是后话。

请各位老师同学不吝赐教。

get-it

一般来说都是用热力学积分(TI)。
目前dft+TI能解决的问题非常有限。大部分工作还在算单质，比如算算液相自由能（熔点），空位自由能。直接硬算计算量太大，所以为了能算动，相关的方法很复杂，搞这些计算的组很少。
放两篇文献：
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.96.224202
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.97.214106

你这体系更加复杂，估计做不动吧。

popohmily

get-it 发表于 2019-10-6 23:34
一般来说都是用热力学积分(TI)。
目前dft+TI能解决的问题非常有限。大部分工作还在算单质，比如算算液相自 ...

感谢2楼的回复和贴心的文献！~认读拜读一下先。可能是我把问题想得太简单了。
把问题拆分一下：
（1）从分子动力学模拟入手，不考虑Fe基体，直接把La放在氧气里面，算这个气固反应体系的热力学量是否可以实现？
（2）La和O分别溶解进入Fe基体的溶解自由能是否也可以计算？
最后再考虑Fe基体中反应2La+3O=L2O3的热力学量。

get-it

对于dft，涉及相分离的模拟目前几乎都做不到

popohmily

谢谢，看来是我想的太乐观了，我会继续努力的

get-it

你提到了三步，能做出一步就很厉害了