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【轉(zhuǎn)帖】用VASP4.6計(jì)算晶體硅能帶實(shí)例
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[分享] 用VASP4.6計(jì)算晶體硅能帶實(shí)例 VASP Version : 4.6 在此文中，我將用硅晶體作為實(shí)例，來說明如何用VASP4.6來計(jì)算固體的能帶結(jié)構(gòu)。首先我們要了解晶體硅的結(jié)構(gòu)，它是兩個(gè)嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相對的位置為 (a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常數(shù)。在計(jì)算中，我們采用FCC的原胞，每個(gè)原胞里有兩個(gè)硅原子。 VASP計(jì)算需要以下的四個(gè)文件：INCAR（控制參數(shù)）, KPOINTS（倒空間撒點(diǎn)）, POSCAR（原子坐標(biāo)）, POTCAR（贗勢文件） 為了計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)，我們首先要進(jìn)行一次自洽計(jì)算，得到體系正確的基態(tài)電子密度。然后固定此電荷分布，對于選定的特殊的K點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行非自洽的能帶計(jì)算。 有了需要的K點(diǎn)的能量本征值，也就得到了我們所需要的能帶。 步驟一.—自洽計(jì)算產(chǎn)生正確的基態(tài)電子密度： 以下是用到的各個(gè)文件樣本: INCAR 文件： SYSTEM = Si Startparameter for this run: NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timer PREC = medium medium, high low ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecut ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-const ISPIN = 1 spin polarized calculation? Electronic Relaxation 1 NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM steps EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM LREAL = .FALSE. real-space projection Ionic relaxation EDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOM NSW = 0 number of steps for IOM IBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG ISIF = 2 stress and relaxation POTIM = 0.10 time-step for ionic-motion TEIN = 0.0 initial temperature TEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during run DOS related values: ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus Electronic relaxation 2 (details) Write flags LWAVE = T write WAVECAR LCHARG = T write CHGCAR VASP給INCAR文件中的很多參數(shù)都設(shè)置了默認(rèn)值，所以如果你對參數(shù)不熟悉，可以直接用默認(rèn)的參數(shù)值。比如在這個(gè)例子中，下面的比較簡單的INCAR 文件也可以完成任務(wù): SYSTEM = Si Startparameter for this run: PREC = medium medium, high low ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecut ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-const EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM NSW = 0 number of steps for IOM IBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG ISIF = 2 stress and relaxation KPOINT文件: 我們采用自動的Monkhorst-Pack K點(diǎn)撒取方式。對于類似于硅晶體的半導(dǎo)體材料，通常 4x4x4 的K點(diǎn)網(wǎng)格就夠了。 Monkhorst Pack 0 Monkhorst Pack 4 4 4 0 0 0 POSCAR文件: 我們采用FCC原胞，所以每個(gè)原胞包含兩個(gè)硅原子 Si 5.38936 0.5 0.5 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 2 Cartesian 0.0000000000000 0.00000000000 0.0000000000000 0.2500000000000 0.25000000000 0.2500000000000 POTCAR文件 不需要進(jìn)行任何改動，只需將POTCAR文件從正確的贗勢庫里拷貝過來就行了。 運(yùn)行VASP進(jìn)行完這一步的計(jì)算后，我們應(yīng)該得到了自洽的電荷分布-CHGCAR文件。為了得到能帶結(jié)構(gòu)，我們需要對指定的K點(diǎn)進(jìn)行非自洽的計(jì)算，然后將信息匯總，得到E-K的能帶關(guān)系。 步驟二.—在固定電子密度的情況下，得到選取K點(diǎn)的能量本征值。 我們需要修改一下INCAR文件中的部分參數(shù) ICHARG = 11 charge: 1-file 2-atom 10-const ICHARG=11 表示從CHGCAR中讀入電荷分布，并且在計(jì)算中保持不變。 我們還需要更改KPOINT文件，來指定我們感興趣的某些高對稱性的K點(diǎn)。在VASP4.6中，這個(gè)可以通過Line mode來輕易實(shí)現(xiàn). k-points along high symmetry lines 10 ! 10 intersections Line-mode rec 0 0 0 ! gamma 0.5 0.5 0 ! X 0.0 0.0 0 ! gamma 0.5 0.5 0.5 ! L 通過指定Line-mode， VASP會自動在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入指定的K點(diǎn)數(shù)，比如上面的文件就是指定VASP計(jì)算沿著Gamma點(diǎn)到X點(diǎn)，以及Gamma點(diǎn)到L點(diǎn)的K點(diǎn)，每個(gè)方向上各取10個(gè)K點(diǎn)。下圖是硅晶體的第一布里淵區(qū)，標(biāo)出了一些高對稱性點(diǎn)。 作如上修改后，我們再次運(yùn)行VASP，然后我們就可以從OUTCAR文件或者EIGENVAL文件里得到需要的每個(gè)K點(diǎn)的能級信息。 比如說EIGENVAL文件會有類似以下的輸出 0.5555556E-01 0.5555556E-01 0.0000000E+00 0.5000000E-01 1 -6.8356 2 4.8911 3 5.0077 4 5.0079 5 7.6438 6 8.0693 7 8.0694 8 9.0057 第一行就是K點(diǎn)的倒空間的坐標(biāo)，接下來的8行告訴我們在那個(gè)K點(diǎn)上的8個(gè)能級。你可以通過EXCEL或者ORIGIN之類的畫圖軟件可視化結(jié)果。由于現(xiàn)在手頭上已經(jīng)有了每個(gè)K點(diǎn)的能級信息，則將這些K點(diǎn)的能級連接起來就是你所需要的能帶圖了。下圖是用以上步驟算得的硅的能帶圖。我們可以看到硅并非是直接能隙的材料。同時(shí)，由于我們用了LDA，所以硅的能隙和實(shí)驗(yàn)相比大大被低估了（實(shí)驗(yàn)為1.12eV，計(jì)算值~0.6eV）。 [ Last edited by zdhlover on 2009-6-26 at 02:35 ] |
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 VASP | VASP計(jì)算 | 計(jì)算-vasp |
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