费米维基

用户工具

站点工具

您的足迹: • PLAMS：Python库与接口
atk:块体金的相对论效应

差别

这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。

到此差别页面的链接

两侧同时换到之前的修订记录前一修订版
后一修订版		前一修订版
atk:块体金的相对论效应 [2016/08/08 14:16] – [GGA能带计算] liu.junatk:块体金的相对论效应 [2022/11/18 11:32] (当前版本) – [旋轨耦合相对论GGA能带计算] liu.jun
行 3: 行 3:
 脚本文件下载： 脚本文件下载：
  
-  * [[docs.quantumwise.com/_downloads/gold_gga.py|gold_gga.py]] +  * [[http://docs.quantumwise.com/_downloads/gold_gga.py|gold_gga.py]] 
-  * [[docs.quantumwise.com/_downloads/gold_sgga.py|gold_sgga.py]] +  * [[http://docs.quantumwise.com/_downloads/gold_sgga.py|gold_sgga.py]] 
-  * [[docs.quantumwise.com/_downloads/gold_sogga.py|gold_sogga.py]]+  * [[http://docs.quantumwise.com/_downloads/gold_sogga.py|gold_sogga.py]]
  
 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。
行 19: 行 19:
 首先，双击添加一个New Calculator{{:atk:relativisticofgold02.png?30|}}，以及一个Bandstructure{{:atk:relativisticofgold03.png?30|}}，并且设置输出文件名为gold_gga.nc，如下图所示： 首先，双击添加一个New Calculator{{:atk:relativisticofgold02.png?30|}}，以及一个Bandstructure{{:atk:relativisticofgold03.png?30|}}，并且设置输出文件名为gold_gga.nc，如下图所示：
  
-{{:atk:relativisticofgold04.png?600|}}+{{ :atk:relativisticofgold04.png?600 |}}
  
 **编辑New  Calculator设置：** **编辑New  Calculator设置：**
行 25: 行 25:
 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 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：
  
-{{:atk:relativisticofgold05.png?600|}}+{{ :atk:relativisticofgold05.png?600 |}}
  
 在Basis菜单选择Density mesh-cutoff到300Hartree，k-point采样增加到9x9x9： 在Basis菜单选择Density mesh-cutoff到300Hartree，k-point采样增加到9x9x9：
  
-{{:atk:relativisticofgold06.png?600|}}+{{ :atk:relativisticofgold06.png?600 |}}
  
 **编辑Bandstructure设置：** **编辑Bandstructure设置：**
行 35: 行 35:
 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,  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, 
  
-{{:atk:relativisticofgold07.png?400|}}+{{ :atk:relativisticofgold07.png?400 |}}
  
 保存脚本的名为gold_gga.py，通过Job Manager{{:atk:relativisticofgold08.png?30|}}运行。如果是单线程计算的话，耗时约一分钟左右。 保存脚本的名为gold_gga.py，通过Job Manager{{:atk:relativisticofgold08.png?30|}}运行。如果是单线程计算的话，耗时约一分钟左右。
行 43: 行 43:
 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： 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：
  
-{{:atk:relativisticofgold09.png?400|}}+{{ :atk:relativisticofgold09.png?600 |}}
  
 与文献<sup>2)</sup>和文献<sup>3)</sup>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。 与文献<sup>2)</sup>和文献<sup>3)</sup>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===== =====旋轨耦合相对论GGA能带计算=====
 +
 +下面演示使用GGA泛函计算包含自旋轨道耦合的能带结构。电子的自旋必须设置为非共线。这样比标准的GGA计算耗时更大，并且不容易收敛。可以使用两个方法来解决：a) 从自旋极化的计算结果（SGGA）开始计算；b)使用电子密度混合的方法。
 +
 +<WRAP center round box 100%>
 +注意：
 +我们知道金是没有磁性的，因此对金进行自旋极化的计算实际上看起来有些傻瓜。这样得到的结果和共线、自旋补偿计算的到的结果是一致的。
 +实际上，和自旋补偿态的结果相比，收敛的自旋极化的计算结果，能够给非共线旋轨耦合态提供一个好得多的初始猜测。如果从自旋极化电子态出发，非共线的自洽迭代只需要少量几步就能收敛，从而能够大大节省计算时间。
 +</WRAP>
 +**SGGA初始态：**
 +
 +需要设置两个选项，来进行SGGA计算：
 +a.使用Scripter：和上一节的设置完全一致，但Basic菜单中Spin项改为Polarized，删除Scripter栏的Bandstructure{{:atk:relativisticofgold03.png?30|}}项，输出文件名字设置为gold_sgga.nc，保存脚本名为gold_sgga.py。
 +
 +b.使用Editor：拷贝gold_gga.py到gold_sgga.py，并在Editor{{:atk:relativisticofgold10.png?30|}}中打开gold_sgga.py，做少量的修改：设置交换相关泛函为SGGA.PBE，删除最后面，计算能带结构的几行，修改输出文件名字为gold_sgga.nc。修改后的脚本如下：
 +
 +<file python gold_sgga.py>
 +# -------------------------------------------------------------
 +# Bulk Configuration
 +# -------------------------------------------------------------
 +
 +# Set up lattice
 +lattice = FaceCenteredCubic(4.07825*Angstrom)
 +
 +# Define elements
 +elements = [Gold]
 +
 +# Define coordinates
 +fractional_coordinates = [[ 0.,  0.,  0.]]
 +
 +# Set up configuration
 +bulk_configuration = BulkConfiguration(
 +    bravais_lattice=lattice,
 +    elements=elements,
 +    fractional_coordinates=fractional_coordinates
 +    )
 +
 +# -------------------------------------------------------------
 +# Calculator
 +# -------------------------------------------------------------
 +#----------------------------------------
 +# Basis Set
 +#----------------------------------------
 +
 +GoldBasis = OpenMXBasisSet(
 +    element=PeriodicTable.Gold,
 +    filename="openmx/pao/Au7.0.pao.zip",
 +    atomic_species="s2p2d2f1",
 +    pseudopotential=NormConservingPseudoPotential("normconserving/upf2/Au_PBE13.upf.zip"),
 +    )
 +
 +basis_set = [
 +    GoldBasis,
 +    ]
 +
 +#----------------------------------------
 +# Exchange-Correlation
 +#----------------------------------------
 +exchange_correlation = SGGA.PBE
 +
 +numerical_accuracy_parameters = NumericalAccuracyParameters(
 +    k_point_sampling=(9, 9, 9),
 +    density_mesh_cutoff=300.0*Hartree,
 +    )
 +
 +calculator = LCAOCalculator(
 +    basis_set=basis_set,
 +    exchange_correlation=exchange_correlation,
 +    numerical_accuracy_parameters=numerical_accuracy_parameters,
 +    )
 +
 +bulk_configuration.setCalculator(calculator)
 +nlprint(bulk_configuration)
 +bulk_configuration.update()
 +nlsave('gold_sgga.nc', bulk_configuration)
 +</file>
 +
 +运行该脚本，速度应该非常快。注意将生成新的输出文件gold_sgga.nc，它只包含一个项目{{:atk:relativisticofgold11.png?30|}}，也就是金的晶体结构，以及自洽的SGGA电子态，用于后面的计算。
 +
 +**SOGGA能带结构计算：**
 +
 +使用下面的脚本，完成工作流：
 +  - 从读取gold_sgga.nc读取bulk_configuration；
 +  - 使用SGGA计算的Calculator，略做修改；使用SOGGA交换相关泛函，对非共线计算使用密度混合的方法解决收敛的问题；
 +  - 使用收敛点SGGA态作为SOGGA电子密度计算的初始猜测；
 +  - 进行SOGGA基态计算，然后进行能带结构分析。
 +
 +脚本如下：
 +
 +<file python gold_sogga.py>
 +# -------------------------------------------------------------
 +# Bulk Configuration
 +# -------------------------------------------------------------
 +bulk_configuration = nlread('gold_sgga.nc', BulkConfiguration)[0]
 + 
 +# -------------------------------------------------------------
 +# Calculator
 +# -------------------------------------------------------------
 +
 +# Use the special noncollinear mixing scheme
 +iteration_control_parameters = IterationControlParameters(
 +    algorithm=PulayMixer(noncollinear_mixing=True)
 +    )
 +
 +# Get the calculator and modify it for spin-orbit GGA
 +calculator = bulk_configuration.calculator()
 +calculator = calculator(
 +    exchange_correlation = SOGGA.PBE,
 +    iteration_control_parameters = iteration_control_parameters
 +    )
 +
 +# Setup the initial state from the GGA calculation
 +bulk_configuration.setCalculator(
 +    calculator,
 +    initial_state = bulk_configuration
 +    )
 +nlprint(bulk_configuration)
 +bulk_configuration.update()
 +nlsave('gold_sogga.nc', bulk_configuration)
 +
 +# -------------------------------------------------------------
 +# Bandstructure
 +# -------------------------------------------------------------
 +bandstructure = Bandstructure(
 +    configuration=bulk_configuration,
 +    route=['G', 'X', 'W', 'L', 'G', 'K'],
 +    points_per_segment=101,
 +    bands_above_fermi_level=All
 +    )
 +nlsave('gold_sogga.nc', bandstructure)
 +</file>
 +
 +保存该脚本名为gold_sogga.py，并运行计算。使用4核进行并行化计算，大约需要6分钟。注意QuantumATK并行计算需要使用MPI库，具体参考[[atk:安装配置mpi并行环境]]。
 +
 +结果：
 +
 +下图为SOGGA计算得到的能带结构。与文献<sup>2)</sup>和文献<sup>3)</sup>的结果非常接近。实际上与文献<sup>4)</sup>的SOGGA能带结构是一致的。注意GGA计算中价带的大部分的能带交叉是如何解除的。
 +
 +{{ :atk:relativisticofgold12.png?600 |}}
 +
 +你可以使用Compare Data插件更直接的对比这两个能带（如下图所示）。同时高亮显示GGA能带和SOGGA能带，可以看到相对论效应对金的价带有显著影响。下图与文献<sup>4)</sup>中图6一致：
 +
 +{{ :atk:relativisticofgold13.png?600 |}}
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

页面工具

© 2014-2022 费米科技（京ICP备14023855号）