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本例中,学习如何通过计算总能量,得到不同体系之间的结合能、缺陷生成能。主要包括三个例子:
在ATK里面可以很方便的通过计算总能量得到体系的生成能(或结合能),具体的计算公式:
(1) $E_{form}=E_{tot}–Σ_xE_{tot}(x)$
$E_{form}$表示将材料分解为各组分x所需的能量。选择各自组分的参考体系的时候,尤其要注意:参考体系是气相还是块体材料。
注意:
为了计算体系的总能量,从Scriptor添加一个GeometryOptimization和一个analysis里面的TotalEnergy:
注意: 关于ATK-DFT和ATK-Huckel计算块体和器件结构得到的TotalEnergy中各能量项的详细解释,参见手册:TotalEnergy entry
你可以在log文件中,读取体系的总能量信息,也可以使用Text Representation分析LabFloor栏目的TotalEnergy,如下图所示:
此处以简单的体相材料GaAs为例说明。对于体相材料可以使用体香座位参考体系来计算各个组分:Ga和As。
本例中计算体相材料GaAs相对于Ga和As块体的生成能:
$E_{form}^{GaAs}=E_{tot}^{GaAs}-E_{tot}^{Ga}/n_{Ga}-E_{tot}^{As}/n_{As}$
其中$n_{Ga}$和$n_{As}$分别表示Ga晶体和As警惕原包中的原子个数。这就是前面说的归一化。
使用LDA、FHI DoubleZetaPolarized基组,得到$E_{form}^{GaAs}$=-0.6645 eV(实验值-0.73 eV1))。符号表示从Ga晶体和As晶体形成GaAs晶体得到0.6645eV能量。
注意1:
注意2:
注意3:
注意4:
使用完全一样的方法,可以计算缺陷的形成能。
考虑GaAs晶体的一个Ga空位。缺陷的形成能可以通过下式得到:
(2)$E_{form}=E_{tot}^{Ga_{1-x}As}–E_{tot}^{GaAs}+x⋅E_{tot}^{Ga}$
其中$E_{tot}^{Ga_{1-x}As}$表示包涵x哥Ga空位的的GaAs晶体的总能量,$E_{tot}^{GaAs}$表示完美GaAs晶体的总能量,$E_{tot}^{Ga}$表示Ga晶体的总能量。
注意: 除了检查常规的参数以确保得到收敛的结果之外,嗨需要注意晶格的大小,这与缺陷浓度直接相关。
使用LDA、FHI DoubleZetaPolarized基组,ATK-DFT得到的包含216原子的GaAs单胞中,一个Ga空位的生成能是3.15 eV(实验值为2.9eV1))