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adf:transrate [2018/08/30 20:02] – [查看结果] liu.jun | adf:transrate [2020/11/16 21:06] (当前版本) – 移除 liu.jun | ||
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行 1: | 行 1: | ||
- | ====== 如何计算分子间的转移积分、电子迁移率、空穴迁移率 ====== | ||
- | =====代表性文献===== | ||
- | * [[http:// | ||
- | * [[http:// | ||
- | <WRAP center round box 100%> | ||
- | 粒子迁移率对于有机电子器件例如场致发射晶体管(OFET)、有机发光二极管、光伏电池非常关键。载流子从一个位置迁移到另一个位置,迁移率主要有转移积分决定。本功能仅适用于分子间的载流子迁移,不适用于分子或团簇内部的电荷转移。 | ||
- | </ | ||
- | =====理论公式===== | ||
- | Marcus hopping rate: | ||
- | k=V< | ||
- | |||
- | ADF可以直接计算电子、空穴的V值(电子或空穴的转移耦合),也可以计算λ,上述公式中,其他均为常数,因此这样可以计算得到Marcus hopping rate。根据Marcus hopping rate再进行后续处理,一般有两种: | ||
- | * 方法一:参考[[http:// | ||
- | * 方法二:参考[[http:// | ||
- | |||
- | 这里以萘之间的电子迁移为例演示计算V、λ值,以及Marcus hopping rate的过程。下面的数据请参考这些文件:[[https:// | ||
- | =====建模===== | ||
- | |||
- | 基本的建模操作,见[[https:// | ||
- | |||
- | 建模完成之后,一般需要对结构进行优化(即,能量最小化,找到最稳定的结构).这里我们跳过建模和优化,直接计算下面给定的结构的电子、空穴迁移率: | ||
- | |||
- | 建模如下图: | ||
- | |||
- | {{: | ||
- | |||
- | 并按照[[adf: | ||
- | =====设置计算参数===== | ||
- | |||
- | {{: | ||
- | |||
- | {{: | ||
- | |||
- | {{: | ||
- | |||
- | {{: | ||
- | |||
- | 保存任务名为naphthalene_mobility(与下载的例子文件命名相同),并运行。提交任务的方式,参考:[[adf: | ||
- | |||
- | =====查看结果===== | ||
- | |||
- | 点击SCM LOGO > output,选择Properties > Charge transfer integrals,即看到如下所示的内容: | ||
- | <code bash> | ||
- | |||
- | Charge transfer integrals relevant for hole or electron mobility calculations | ||
- | | ||
- | Electronic coupling V (also known as effective (generalized) transfer integrals J_eff) | ||
- | V = (J-S(e1+e2)/ | ||
- | | ||
- | V for hole transfer: | ||
- | V for electron transfer: | ||
- | | ||
- | The effective transfer integral, or electronic coupling, is calculated from these components: | ||
- | | ||
- | e1(hole) Site energy HOMO fragment 1: -5.46589 eV | ||
- | e2(hole) Site energy HOMO fragment 2: -5.71529 eV | ||
- | J(hole) Charge transfer integral HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2: -0.02237 eV | ||
- | S(hole) Overlap integral HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2: | ||
- | | ||
- | e1(electron) Site energy LUMO fragment 1: -2.07825 eV | ||
- | e2(electron) Site energy LUMO fragment 2: -2.33169 eV | ||
- | J(electron) Charge transfer integral LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2: -0.05421 eV | ||
- | S(electron) Overlap integral LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2: | ||
- | </ | ||
- | |||
- | * V for hole transfer:一般为负值,绝对值越大,转移越容易,一般绝对值与J的绝对值成正比 | ||
- | * V for electron transfer:一般为负值,绝对值越大,转移越容易,一般绝对值与J的绝对值成正比 | ||
- | * (hole) Site energy HOMO fragment N:外来一个空穴,放置到片段N(也就是放到片段N的HOMO上面)带来的能量变化量(不考虑空穴到达之后的弛豫过程) | ||
- | * (electron) Site energy LUMO fragment:外来一个电子,放置到片段N(也就是放到片段N的LOMO上面)带来的能量变化量(不考虑电子到达之后的弛豫过程) | ||
- | |||
- | |||
- | 分别得到电子和空穴的V值,以及转移积分。根据前面的Marcus hopping rate公式,还需要另一个数值电子或空穴的**λ**。以电子的为例: | ||
- | |||
- | 重组能λ = (Eanion(neutral geometry) - E(neutral)) + (Eneutral(anion geometry) - E(anion)) | ||
- | |||
- | <color # | ||
- | |||
- | * E(neutral)表示单个萘分子[[adf: | ||
- | * Eanion(neutral geometry)表示E(neutral)计算时,优化得到的结构,但带电量设置为-1,计算single point得到的bonding energy。对应的例子文件名为:// | ||
- | * E(anion)表示单个萘分子,将带电量设置为-1,然后进行[[adf: | ||
- | * Eneutral(anion geometry)表示E(anion)计算时,优化得到的结构,修改带电量改为0,计算single point得到的Bonding energy。对应的例子文件名为:// | ||
- | |||
- | λ = (-119.25607066 + 119.42662877)+(-119.31572655 + 119.35845577) = 0.21328733 eV | ||
- | |||
- | 如果是两种不同分子之间转移,参考:[[adf: | ||
- | |||
- | 统一能量单位到J: | ||
- | |||
- | * 1eV = 1.60×10< | ||
- | * h = 6.62606896×10< | ||
- | * ћ = h/ | ||
- | * k< | ||
- | |||
- | 得到 | ||
- | |||
- | * V =-6.05*10< | ||
- | * λ = 3.41*10< | ||
- | |||
- | 带入公式得到温度T=300K时,电子的Marcus hopping rate: | ||
- | |||
- | k = V< | ||
- | |||
- | =(6.05*10< | ||
- | |||
- | =34.708406*10< | ||
- | |||
- | =6.61*10< | ||
- | =====两个以上分子===== | ||
- | 本例说明的是2个Region之间的计算,实际上如果是多个片段也是一样,例如三个片段: | ||
- | <code bash> | ||
- | Site energy (hole) HOMO fragment 1 (eV): -8.97107 | ||
- | Site energy (hole) HOMO fragment 2 (eV): -7.71767 | ||
- | Site energy (hole) HOMO fragment 3 (eV): -5.73653 | ||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | |||
- | Site energy (electron) LUMO fragment 1 (eV): -1.97596 | ||
- | Site energy (electron) LUMO fragment 2 (eV): -3.89668 | ||
- | Site energy (electron) LUMO fragment 3 (eV): -1.89409 | ||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | |||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | |||
- | | ||
- | | ||
- | | ||
- | </ | ||
- | |||
- | 会给出两两之间的数据,如上所示。 | ||
- | |||
- | =====固体===== | ||
- | |||
- | 块体材料的电子迁移率、Seebeck 系数、热导率、Hall系数以及Hall电导率张量,可以使用QuantumATK计算。 |