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Using distorter

The concept of cation mutation (ion substitution) to tune the properties of compounds has been around at least since the 1950s and has proved a useful concept in more recent studies.

This example generates all possible (symmetry inequivalent) substitutions of Sr on Ba sites in the cubic perovskite BaTiO3; single and double substitutions. The distorter module uses the ASE Python library to achieve this.





In [1]:



    


import smact.builder as builder
import smact.distorter as distort



    











In [2]:



    


def pretty_print_atoms(atoms, linewrap=15):
    entries = ["{0:5.3f} {1:5.3f} {2:5.3f} {symbol}".format(*position,
                                                            symbol=symbol)
               for position, symbol in zip(atoms.get_positions(),
                                           atoms.get_chemical_symbols())]

    for output_i in range(linewrap):
        line = ''
        for i, entry in enumerate(entries):
            if (output_i == i % linewrap):
                line = line + entry + '\t'
        print(line)

# Build the input
smact_lattice, test_case = builder.cubic_perovskite(['Ba', 'Ti', 'O'],
                                                    repetitions=[2, 2, 2])

hlinewidth = 68


print('-' * hlinewidth)
print("Original coordinates: ")
pretty_print_atoms(test_case)
print('-' * hlinewidth)

# Do the single substitution first, it is trivial as all Ba
#  sites are equivalent we will choose the first Ba
subs_site = [0.0, 0.0, 0.0]
single_substitution = distort.make_substitution(test_case, subs_site, "Sr")
print("Single: ")
pretty_print_atoms(single_substitution)

# Build a sub-lattice you wish to disorder [test case do the Ba sub-lattice]
sub_lattice = distort.build_sub_lattice(single_substitution, "Ba")

# Enumerate the inequivalent sites
inequivalent_sites = distort.get_inequivalent_sites(sub_lattice,
                                                    single_substitution)

# Replace Ba at inequivalent sites with Sr
for i, inequivalent_site in enumerate(inequivalent_sites):
    print('-' * hlinewidth)
    print("Substituted coordinates {0}".format(i))
    distorted = distort.make_substitution(single_substitution,
                                          inequivalent_site,
                                          "Sr")
    pretty_print_atoms(distorted)

print('='*hlinewidth)



    


















    






--------------------------------------------------------------------
Original coordinates: 
0.000 0.000 0.000 Ba	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Single: 
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Substituted coordinates 0
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Sr	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Substituted coordinates 1
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Sr	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Substituted coordinates 2
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Sr	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Substituted coordinates 3
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Ba	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Sr	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
--------------------------------------------------------------------
Substituted coordinates 4
0.000 0.000 0.000 Sr	0.000 6.000 6.000 Ba	6.000 6.000 0.000 Ba	
3.000 3.000 3.000 Ti	3.000 9.000 9.000 Ti	9.000 9.000 3.000 Ti	
3.000 3.000 0.000 O	3.000 9.000 6.000 O	9.000 9.000 0.000 O	
0.000 3.000 3.000 O	0.000 9.000 9.000 O	6.000 9.000 3.000 O	
3.000 0.000 3.000 O	3.000 6.000 9.000 O	9.000 6.000 3.000 O	
0.000 0.000 6.000 Ba	6.000 0.000 0.000 Ba	6.000 6.000 6.000 Sr	
3.000 3.000 9.000 Ti	9.000 3.000 3.000 Ti	9.000 9.000 9.000 Ti	
3.000 3.000 6.000 O	9.000 3.000 0.000 O	9.000 9.000 6.000 O	
0.000 3.000 9.000 O	6.000 3.000 3.000 O	6.000 9.000 9.000 O	
3.000 0.000 9.000 O	9.000 0.000 3.000 O	9.000 6.000 9.000 O	
0.000 6.000 0.000 Ba	6.000 0.000 6.000 Ba	
3.000 9.000 3.000 Ti	9.000 3.000 9.000 Ti	
3.000 9.000 0.000 O	9.000 3.000 6.000 O	
0.000 9.000 3.000 O	6.000 3.000 9.000 O	
3.000 6.000 3.000 O	9.000 0.000 9.000 O	
====================================================================

















In [11]:



    


# The distorted objects are of the ase atoms class,
# so can be written out to a crystal structure file like a cif
distorted.write('example_output.cif')

Content source: WMD-group/SMACT

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