ADF计算能带以及特定能带、K点的的波函数

Posted · Add Comment

以苯为例进行演示,其他周期性体系如无机盐、聚合物、MOF材料等,操作与此相同:

1,从晶体结构文件(*.cif)导入坐标(File-Import Coordinates),一般而言,晶体结构来源通常有:

  • 从网上下载cif文件(例如从美国矿物晶体结构数据库下载);
  • 其他软件产生的cif文件或PDB文件
  • 首先下载相近晶体结构的cif文件,然后通过ADFinput进行掺杂、替换、超胞、表面切割等产生新的晶体结构(包括产生新的三维、二维、一维结构;或者产生超胞结构,然后切换到ADF模块,将直接作为团簇对待,之后在ADFinput中根据用户需要修饰边界原子,然后使用ADF模块或其他模块进行非周期性计算)
  • 购买晶体结构数据库,从中到处cif文件格式。

目前*.cif文件在各种软件中的通用性、兼容性、普适性最好,因此优先推荐cif格式文件。

设置参数如下:

参数说明如下:

  • Single Point:表示只计算该结构的性质,不进行结构优化、分子动力学、搜索过渡态等操作;
  • Periodicity:周期性的情况,包括三维周期性体系(Bulk)、二维周期性体系(Slab)、一维周期性体系(Chain)、非周期性(none,等同于ADF模块,但计算方法、基函数上略有差别;
  • Unrestricted:是否考虑自旋(自旋多重度如果不为0,则需要勾选此项)
  • XC Potential in SCF:选择使用的泛函,目前不包含杂化泛函,其中Model Potential中的GLLB-SC对于一些半导体能带计算结果很好;
  • Relativity:是否考虑相对论,对于含重元素的体系计算一般使用Scalar,如果既是重元素又要考虑自旋-轨道耦合,则使用Spin-Orbit;
  • Basis set:BAND使用Slater基、数值基混合,因此对于原子核附近的电子波函数描,其精确度远大于平面波,基组的挑选参考费米科技维基百科:一般情况下如何选择基组Basis Set
  • Frozen core:参考费米科技维基百科:一般情况下如何选择基组Basis Set
  • Numerical Quality:设置实空间积分精细程度,对于性质计算选择Good,对于结构优化、过渡态搜索等选择Normal。

这是设置能带结构的插分精细程度的参数,推荐设置为4。

为了设置K点,我们需要查看晶格常数:

K点设置相关知识:

K点设置的越密集,计算量越大,K点的数量等于设置K点的三个数字的乘积,例如下图:

此例中设置的是5 5 7,那么k点的个数就是5×5×7=175。计算量大致跟k点的个数成线性比例关系,当然不同的任务类型有差别。根据固体物理学基本知识,我们知道,k空间和实空间有一个倒数关系。因此实空间中晶格常数越小,那么在k空间中就需要越多的点来描述;实空间中晶格常数越大,那么在k空间中就需要越少的点来描述。这个关系也是大致成比例的(之所以说大致,是因为实空间晶格类型和k空间的晶格类型往往不一致)。因此如果某方向的晶格常数为5,k点取10个点,与晶格常数为10,k点取5个点,二者的精度是相似的。但另外,计算能带结构的时候,K点个数需要取奇数个,这样可以保证Gamma点上一定有布点,否则Gamma点的能量,将通过附近两侧的k点通过插分的方式得到,这样就降低了Gamma点的能量可靠度。而Gamma点的能量又非常重要,往往直接影响带隙、带宽的数值。

本例中取5 5 7是比较合适的。

2,保存并提交任务:

提交任务的方式,参考费米科技维基百科:如何进行ADF并行计算

3,能带结构查看:

在ADFinput中点击SCM-BAND Structure,则显示该体系能带结构:

上半部分是能带结构,下半部分是K空间的原胞,原胞的各条线,对应上半部分中能带结构的横坐标的某个区间。点击该线,则对应的能带区间变成高亮。对于能带结构,可以通过右键拖动、滚轮控制图片的放大、缩小,左键进行拖动。

4,某个K点的波函数:

在ADFinput中点击SCM-View,点击ADFView窗口中add-Isosurface(将显示等值面),在窗口下方选择对应的电子态。例如我们如果希望查看HOMO轨道在Gamma点的波函数空间分布情况,我们从Band Structure看到,横坐标数字1表示Gamma点(这是通用的),纵坐标上的红线表示费米能级,那么“1”处,HOMO能量大致为0.2Hartree。Gamma点的坐标,众所周知是(0,0,0),因此我们选择如下:

少量时间(跟体系大小有关)之后,即显示该电子轨道的空间分布:

可以调整为只显示一个周期(取消勾选此项即可,在其他窗口例如ADFinput也可以通过取消勾选此项而切换为非周期显示):

调整透明度:点击窗口左下方的“Isosurface”-show details,则出现如下设置内容,如下图所示设置透明度:

当然还可以通过菜单栏view-background修改背景色。

更多案例参见费米科技维基百科

ADF软件提供免费试用(一般为一个月),试用申请方式参见费米科技维基百科:试用申请方式

 
  • 标签

  • 关于费米科技

    费米科技以促进工业级模拟与仿真的应用为宗旨,致力于推广基于原子级别模拟技术和基于图像模型的仿真技术,为学术和工业研究机构提供研发咨询、软件部署、技术攻关等全方位的服务。费米科技提供的模拟方案具有面向应用、模型新颖、功能丰富、计算高效、简单易用的特点,已经服务于众多的学术和工业用户。

    欢迎加入我们!(点击链接)

  • 最近更新

  • 联系方式

    • 留言板点击留言
    • 邮箱:sales_at_fermitech.com.cn
    • 电话:010-80393990
    • QQ: 1732167264
  • 订阅费米科技新闻

    • 邮件订阅:
      您可以使用常用的邮件地址接收费米科技定期发送的产品更新和新闻。
      点击这里马上订阅
    • 微信订阅:
      微信扫描右侧二维码。
  •