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atk:块体金的相对论效应

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体相金的相对论效应

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金是较重的元素之一。体相的金,其电子结构受到相对论效应,包括自旋轨道耦合(SOC)的显著影响。

金的相对论能带结构从头计算首次发表于70年代早期1)2)3) 这些研究,以及后来的研究都表明,相对论效应导致金的电子能带发生了明显的重构。特别是标准GGA计算的深价带的能带交叉,大部分被相对论效应消除了。本例将示范ATK-DFT使用标准的标量相对论GGA计算和旋轨耦合相对论计算金的能带结构。

GGA能带计算

使用VNL中Builder创建金块体结构:通过Add ‣ From Database导入。保持晶格常数为实验值4.078Å。

进入Script Generator,设置标准的GGA-PBE能带计算,使用OMX赝势: 首先,双击添加一个New Calculator,以及一个Bandstructure,并且设置输出文件名为gold_gga.nc,如下图所示:

编辑New Calculator设置:

在Basis set/exchange correlation菜单选择GGA-PBE交换相关泛函,以及OMX赝势,Medium精度基组,如下图所示:

在Basis菜单选择Density mesh-cutoff到300Hartree,k-point采样增加到9x9x9:

编辑Bandstructure设置:

设置Points per segment为101,这样高对称点之间的能带很光滑;Brillouin zone route设置为G, X, W, L,

保存脚本的名为gold_gga.py,通过Job Manager运行。如果是单线程计算的话,耗时约一分钟左右。

结果:

在VNL LabFloor中找到输出文件的Bandstructure项,并使用Bandstructure Analyzer作图。结果如下图所示:

与文献2)和文献3)的结果非常相似。金显然不是绝缘体,有很多能带穿越费米线。同样值得注意的是,费米能以下更深的价带(-2eV到-5eV之间)区域存在大量的能带交叉。我们可以看到,这些交叉在考虑自旋轨道耦合之后,大部分会消失。

旋轨耦合相对论GGA能带计算

1)
M. G. Ramchandani. Energy band structure of gold. Journal of Physics C: Solid State Physics, 3(1S):S1, 1970.
2)
N. Egede Christensen and B. O. Seraphin. Relativistic band calculation and the optical properties of gold. Phys. Rev. B, 4:3321–3344, Nov 1971.
3)
N. Egede Christensen. High-energy band structure of gold. Phys. Rev. B, 13(6):2698–2701, 1976.
atk/块体金的相对论效应.1470636971.txt.gz · 最后更改: 2016/08/08 14:16 由 liu.jun

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