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1樓 2012-04-02 09:21:12

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gkf高

木蟲 (著名寫手)

世界和平

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【答案】應(yīng)助回帖

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賀儀: 金幣+5, 謝謝參與討論！ 2012-04-04 23:23:15
windblue: 金幣+30, ★★★★★最佳答案, 目前來看，暫時是你的答案最全面了。謝謝你�。� 2012-04-05 09:57:00

能帶圖的橫坐標(biāo)是在模型對稱性基礎(chǔ)上取的K點。為什么要取K點呢？因為晶體的周期性使得薛定諤方程的解也具有了周期性。按照對稱性取K點，可以保證以最小的計算量獲得最全的能量特征解。能帶圖橫坐標(biāo)是K點，其實就是倒格空間中的幾何點。縱坐標(biāo)是能量。那么能帶圖應(yīng)該就是表示了研究體系中，各個具有對稱性位置的點的能量。我們所得到的體系總能量，應(yīng)該就是整個體系各個點能量的加和。          主要是從以下三個方面進(jìn)行定性/定量的討論：
1、電荷密度圖（charge density）；
2、能帶結(jié)構(gòu)（Energy Band Structure）；
3、態(tài)密度（Density of States，簡稱DOS）。

   電荷密度圖是以圖的形式出現(xiàn)在文章中，非常直觀，因此對于一般的入門級研究人員來講不會有任何的疑問。唯一需要注意的就是這種分析的種種衍生形式，比如差分電荷密圖（def-ormation charge density）和二次差分圖（difference charge density）等等，加自旋極化的工作還可能有自旋極化電荷密度圖（spin-polarized charge density）。所謂“差分”是指原子組成體系（團簇）之后電荷的重新分布，“二次”是指同一個體系化學(xué)成分或者幾何構(gòu)型改變之后電荷的重新分布，因此通過這種差分圖可以很直觀地看出體系中個原子的成鍵情況。通過電荷聚集（accumulation）/損失（depletion）的具體空間分布，看成鍵的極性強弱；通過某格點附近的電荷分布形狀判斷成鍵的軌道（這個主要是對d軌道的分析，對于s或者p軌道的形狀分析我還沒有見過）。分析總電荷密度圖的方法類似，不過相對而言，這種圖所攜帶的信息量較小。

      成鍵前后電荷轉(zhuǎn)移的電荷密度差。此時電荷密度差定義為：delta_RHO = RHO_sc - RHO_atom
其中 RHO_sc 為自洽的面電荷密度，而 RHO_atom 為相應(yīng)的非自洽的面電荷密度，是由理想的原子周圍電荷分布堆徹得到的，即為原子電荷密度的疊加(a superposition of atomic charge densities)。需要特別注意的，應(yīng)保持前后兩次計算（自洽和非自洽）中的 FFT-mesh 一致。因為，只有維數(shù)一樣，我們才能對兩個RHO作相應(yīng)的矩陣相減。



      能帶結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)在在各個領(lǐng)域的第一原理計算工作中用得非常普遍了。首先當(dāng)然可以看出這個體系是金屬、半導(dǎo)體還是絕緣體。對于本征半導(dǎo)體，還可以看出是直接能隙還是間接能隙：如果導(dǎo)帶的最低點和價帶的最高點在同一個k點處，則為直接能隙，否則為間接能隙。

   1）因為目前的計算大多采用超單胞（supercell）的形式，在一個單胞里有幾十個原子以及上百個電子，所以得到的能帶圖往往在遠(yuǎn)低于費米能級處非常平坦，也非常密集。原則上講，這個區(qū)域的能帶并不具備多大的解說/閱讀價值。因此，不要被這種現(xiàn)象嚇住，一般的工作中，我們主要關(guān)心的還是費米能級附近的能帶形狀。

      2）能帶的寬窄在能帶的分析中占據(jù)很重要的位置。能帶越寬，也即在能帶圖中的起伏越大，說明處于這個帶中的電子有效質(zhì)量越小、非局域（non-local）的程度越大、組成這條能帶的原子軌道擴展性越強。如果形狀近似于拋物線形狀，一般而言會被冠以類sp帶（sp-like band）之名（此陳述有待考證—博主加）。反之，一條比較窄的能帶表明對應(yīng)于這條能帶的本征態(tài)主要是由局域于某個格點的原子軌道組成，這條帶上的電子局域性非常強，有效質(zhì)量相對較大。

   3）如果體系為摻雜的非本征半導(dǎo)體，注意與本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行對比，一般而言在能隙處會出現(xiàn)一條新的、比較窄的能帶。這就是通常所謂的雜質(zhì)態(tài)(doping state)，或者按照摻雜半導(dǎo)體的類型稱為受主態(tài)或者施主態(tài)。

      4）關(guān)于自旋極化的能帶，一般是畫出兩幅圖：majority spin和minority spin。經(jīng)典的說，分別代表自旋向上和自旋向下的軌道所組成的能帶結(jié)構(gòu)。注意它們在費米能級處的差異。如果費米能級與majority spin的能帶圖相交而處于minority spin的能隙中，則此體系具有明顯的自旋極化現(xiàn)象，而該體系也可稱之為半金屬（half metal）。如果majority spin與費米能級相交的能帶主要由雜質(zhì)原子軌道組成，可以此為出發(fā)點討論雜質(zhì)的磁性特征。

      5）做界面問題時，襯底材料的能帶圖顯得非常重要，各高對稱點之間有可能出現(xiàn)不同的情況。具體地說，在某兩點之間，費米能級與能帶相交；而在另外的k的區(qū)間上，費米能級正好處在導(dǎo)帶和價帶之間。這樣，襯底材料就呈現(xiàn)出各項異性：對于前者，呈現(xiàn)金屬性，而對于后者，呈現(xiàn)絕緣性。因此，有的工作是通過某種材料的能帶圖而選擇不同的面作為生長面。具體的分析應(yīng)該結(jié)合試驗結(jié)果給出。

      原則上講，態(tài)密度可以作為能帶結(jié)構(gòu)的一個可視化結(jié)果。很多分析和能帶的分析結(jié)果可以一一對應(yīng)，很多術(shù)語也和能帶分析相通。但是因為它更直觀，因此在結(jié)果討論中用得比能帶分析更廣泛一些。簡要總結(jié)分析要點如下：
      1）在整個能量區(qū)間之內(nèi)分布較為平均、沒有局域尖峰的DOS，對應(yīng)的是類sp帶（此陳述有待考證—博主加），表明電子的非局域化性質(zhì)很強。相反，對于一般的過渡金屬而言，d軌道的DOS一般是一個很大的尖峰，說明d電子相對比較局域，相應(yīng)的能帶也比較窄。

      2）從DOS圖也可分析能隙特性：若費米能級處于DOS值為零的區(qū)間中，說明該體系是半導(dǎo)體或絕緣體；若有分波DOS跨過費米能級，則該體系是金屬。此外，可以畫出分波（PDOS）和局域（LDOS）兩種態(tài)密度，更加細(xì)致的研究在各點處的分波成鍵情況。

      3）從DOS圖中還可引入“贗能隙”（pseudogap）的概念。也即在費米能級兩側(cè)分別有兩個尖峰。而兩個尖峰之間的DOS并不為零。贗能隙直接反映了該體系成鍵的共價性的強弱：越寬，說明共價性越強。如果分析的是局域態(tài)密度（LDOS），那么贗能隙反映的則是相鄰兩個原子成鍵的強弱：贗能隙越寬，說明兩個原子成鍵越強。上述分析的理論基礎(chǔ)可從緊束縛理論出發(fā)得到解釋：實際上，可以認(rèn)為贗能隙的寬度直接和Hamiltonian矩陣的非對角元相關(guān)，彼此間成單調(diào)遞增的函數(shù)關(guān)系。

      4）對于自旋極化的體系，與能帶分析類似，也應(yīng)該將majority spin和minority spin分別畫出，若費米能級與majority的DOS相交而處于minority的DOS的能隙之中，可以說明該體系的自旋極化。

      5）考慮LDOS，如果相鄰原子的LDOS在同一個能量上同時出現(xiàn)了尖峰，則我們將其稱之為雜化峰（hybridized peak），這個概念直觀地向我們展示了相鄰原子之間的作用強弱。

   由于金屬的能帶有可能穿越fermi能級，從而引起總能計算時的不連續(xù)變化。為了避免這種情況，需要引入分?jǐn)?shù)的占據(jù)態(tài)smearing。

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天空不留下鳥的痕跡，但是我已飛過。

4樓2012-04-04 22:05:28

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xueht987

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fzx2008: 金幣+1, 謝謝交流！ 2012-04-02 12:48:21
windblue: 金幣+10, ★★★很有幫助, 也就是說局域態(tài)密度重疊只能說明是雜化成鍵，不能說明這個Si/有機分子界面勢壘，是嗎？ 2012-04-02 14:13:57

應(yīng)該是雜化，成鍵，結(jié)果應(yīng)該沒問題

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2樓2012-04-02 12:46:24

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xiaoyukaka

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fzx2008: 金幣+1, 鼓勵交流 2012-04-04 12:11:03
windblue: 金幣+10, ★★★很有幫助, 呵呵，謝謝您！不過你的意思就是說只能表明兩原子成鍵，不能直接說明Si/有機分子界面勢壘，對嗎？ 2012-04-05 09:56:07

Si s2p2和S s2p4的外層電子結(jié)構(gòu)接近，成建后得到這個結(jié)果應(yīng)該沒問題。

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3樓2012-04-04 11:09:01

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tider

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個人認(rèn)為不能說明電子在這個結(jié)構(gòu)中傳輸，正如樓上所說，兩個原子的態(tài)密度重疊意味著成健。但是不同類型的鍵對電子的分布影響不一樣，比如說金屬鍵與離子鍵，成健原子對電子的吸引力就不同，進(jìn)而決定了電子傳輸?shù)膭輭締栴}。所以我建議你做出這個截面的電荷分布圖進(jìn)一步分析�？梢杂胠ev00去做電荷分布圖。

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5樓2012-04-06 13:46:11

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