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atk:格林函数方法模拟材料表面 [2017/08/19 18:11] – [结果分析] fermi | atk:格林函数方法模拟材料表面 [2018/03/20 22:19] (当前版本) – liu.jun | ||
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slab模型由有限层数的原子构成,C方向两边其他地方是真空,因此这个体系有两个表面(表面-真空界面)。静电(Hartree)势($V_H$)在slab的中间是和块体材料接近的,而在表面处有一定变化,并过渡到真空区域的常数。 | slab模型由有限层数的原子构成,C方向两边其他地方是真空,因此这个体系有两个表面(表面-真空界面)。静电(Hartree)势($V_H$)在slab的中间是和块体材料接近的,而在表面处有一定变化,并过渡到真空区域的常数。 | ||
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与之不同,格林函数表面模型包含一个表面区域,并将其连接在一个电极上,电极部分是一个完整的块体材料周期结构。电子态在电极--表面区域之间的界面上通过格林函数匹配。因此,表面的电子态与块体基底连接,表面的化学势因此被固定为电极的化学势。 | 与之不同,格林函数表面模型包含一个表面区域,并将其连接在一个电极上,电极部分是一个完整的块体材料周期结构。电子态在电极--表面区域之间的界面上通过格林函数匹配。因此,表面的电子态与块体基底连接,表面的化学势因此被固定为电极的化学势。 | ||
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==== NEGF方法的优点 ==== | ==== NEGF方法的优点 ==== | ||
与传统的slab模型相比,基于格林函数方法的表面计算有明显的优势: | 与传统的slab模型相比,基于格林函数方法的表面计算有明显的优势: | ||
* slab模型是有限体系,只有有限的电子。因此,当表面上的分子与表面之间发生电荷转移时,表面模型的总电子数将发生变化,这将导致slab模型中的电子的化学势发生变化,这为计算的可靠性带来很大的问题。格林函数方法通过将表面耦合于一个无限大的电子池(化学势固定的电极)避免了这一问题。 | * slab模型是有限体系,只有有限的电子。因此,当表面上的分子与表面之间发生电荷转移时,表面模型的总电子数将发生变化,这将导致slab模型中的电子的化学势发生变化,这为计算的可靠性带来很大的问题。格林函数方法通过将表面耦合于一个无限大的电子池(化学势固定的电极)避免了这一问题。 | ||
- | * 性质计算随slab模型的厚度的收敛很麻烦,常常需要多种校正以避免晶胞重复之间的相互作用。而在ATK格林函数计算中,由于边界条件的合理选择,表面性质随表面厚度的收敛非常容易,详见下文。 | + | * 性质计算随slab模型的厚度的收敛很麻烦,常常需要多种校正以避免晶胞重复之间的相互作用。而在QuantumATK格林函数计算中,由于边界条件的合理选择,表面性质随表面厚度的收敛非常容易,详见下文。 |
===== 单电极的NEGF计算 ===== | ===== 单电极的NEGF计算 ===== | ||
- | 如前所述,格林函数表面模型有一个电极和一个表面区域(或称中间区域)组成。在ATK的语言里,可以称之为只有一个电极的器件结构。和其他ATK器件(NEGF)计算一样,计算由两步完成: | + | 如前所述,格林函数表面模型有一个电极和一个表面区域(或称中间区域)组成。在QuantumATK的语言里,可以称之为只有一个电极的器件结构。和其他QuantumATK器件(NEGF)计算一样,计算由两步完成: |
* 首先进行电极块体材料电子态计算,这一步通常很快。 | * 首先进行电极块体材料电子态计算,这一步通常很快。 | ||
* 接下来计算表面区域的基态,过程中确保电极--表面的连接处电子态匹配。 | * 接下来计算表面区域的基态,过程中确保电极--表面的连接处电子态匹配。 | ||
如下图所示,在晶胞C方向使用了三种不同的边界条件。电极部分向左方向采用周期边界条件,而在电极--表面处采用狄利克雷(Dirichlet)边界条件。而在表面一侧,Neumann边界条件是最自然合理的。 | 如下图所示,在晶胞C方向使用了三种不同的边界条件。电极部分向左方向采用周期边界条件,而在电极--表面处采用狄利克雷(Dirichlet)边界条件。而在表面一侧,Neumann边界条件是最自然合理的。 | ||
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===== Ag(100) 表面的功函数 ===== | ===== Ag(100) 表面的功函数 ===== | ||
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- | 你可以参考下面两个教程学习如何进行结构优化和能带计算。 | + | 你可以参考其他相关教程学习如何进行结构优化和能带计算。 |
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- | ATK器件计算时,C方向需要选择很大的k点(这里是100),详见教程[[atk: | + | QuantumATK器件计算时,C方向需要选择很大的k点(这里是100),详见教程[[atk: |
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行 154: | 行 154: | ||
===== 功函数对金属层数的收敛性 ===== | ===== 功函数对金属层数的收敛性 ===== | ||
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+ | 最后,我们看一下格林函数方法与传统slab方法的区别。下图显示了Ag(100)表面功函数预测结果与银原子层数的关系。格林函数使用的方法与上面类似,不过使用了两层幽灵原子。 | ||
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+ | 结果清楚的表明,与传统的slab模型相比,使用格林函数表面模型进行计算得到的功函数对原子层数的收敛性要快得多。 | ||
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+ | 如果想重复上述结果,可以下载这两个脚本进行计算:{{: | ||
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