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【轉(zhuǎn)帖】用VASP4.6計算晶體硅能帶實例
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[分享] 用VASP4.6計算晶體硅能帶實例 VASP Version : 4.6 在此文中，我將用硅晶體作為實例，來說明如何用VASP4.6來計算固體的能帶結(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)。在計算中，我們采用FCC的原胞，每個原胞里有兩個硅原子。 VASP計算需要以下的四個文件：INCAR（控制參數(shù)）, KPOINTS（倒空間撒點）, POSCAR（原子坐標）, POTCAR（贗勢文件） 為了計算能帶結(jié)構(gòu)，我們首先要進行一次自洽計算，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點進一步進行非自洽的能帶計算。 有了需要的K點的能量本征值，也就得到了我們所需要的能帶。 步驟一.—自洽計算產(chǎn)生正確的基態(tài)電子密度： 以下是用到的各個文件樣本: 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)置了默認值，所以如果你對參數(shù)不熟悉，可以直接用默認的參數(shù)值。比如在這個例子中，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點撒取方式。對于類似于硅晶體的半導體材料，通常 4x4x4 的K點網(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，所以每個原胞包含兩個硅原子 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。 運行VASP進行完這一步的計算后，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點進行非自洽的計算，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。在VASP4.6中，這個可以通過Line mode來輕易實現(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會自動在起點和終點之間插入指定的K點數(shù)，比如上面的文件就是指定VASP計算沿著Gamma點到X點，以及Gamma點到L點的K點，每個方向上各取10個K點。下圖是硅晶體的第一布里淵區(qū)，標出了一些高對稱性點。 作如上修改后，我們再次運行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K點的能級信息。 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點的倒空間的坐標，接下來的8行告訴我們在那個K點上的8個能級。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K點的能級信息，則將這些K點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，由于我們用了LDA，所以硅的能隙和實驗相比大大被低估了（實驗為1.12eV，計算值~0.6eV）。 [ Last edited by zdhlover on 2009-6-26 at 02:35 ] |
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