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:
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从网上下载cif文件(例如从美国矿物晶体结构数据库下载);
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其他软件产生的cif文件或PDB文件
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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)
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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:
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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;
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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;
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Unrestricted:是否考虑自旋(自旋多重度如果不为0,则需要勾选此项)
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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;
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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;
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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;
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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
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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