差别

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--- adf:transrate [2018/08/30 20:02] – [查看结果] liu.jun
+++ adf:transrate [2020/11/16 21:06] (当前版本) – 移除 liu.jun
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-====== 如何计算分子间的转移积分、电子迁移率、空穴迁移率 ======
-=====代表性文献=====
-  * [[http://www.fermitech.com.cn/adf/highlight-055|DNA发夹结构中深能级空穴转移导致超快电荷迁移(Nature Chemistry,2016)]]
-  * [[http://www.fermitech.com.cn/adf/highlight-037/|独立于模型的电荷迁移定量化(Chem. Commun.,2015)]]
-<WRAP center round box 100%>
-粒子迁移率对于有机电子器件例如场致发射晶体管（OFET）、有机发光二极管、光伏电池非常关键。载流子从一个位置迁移到另一个位置，迁移率主要有转移积分决定。本功能仅适用于分子间的载流子迁移，不适用于分子或团簇内部的电荷转移。
-</WRAP>
-=====理论公式=====
-Marcus hopping rate：
-k=V<sup>2</sup>/ћ * (π/λk<sub>B</sub>T)<sup>1/2</sup> * e<sup>-λ/4k<sub>B</sub>T</sup>
-ADF可以直接计算电子、空穴的V值（电子或空穴的转移耦合），也可以计算λ，上述公式中，其他均为常数，因此这样可以计算得到Marcus hopping rate。根据Marcus hopping rate再进行后续处理，一般有两种：
-  * 方法一：参考[[http://dx.doi.org/10.1039/b719592c|Kwiatkowski et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 1852-1858 (2008)]]，通过Monte Carlo得到迁移率
-  * 方法二：参考[[http://dx.doi.org/10.1021/jp900512s|Wen et al., J. Phys. Chem. B 113, 8813-8819 (2009)]]，通过解析的方法计算扩散系数，进而得到Einstein关系
-这里以萘之间的电子迁移为例演示计算V、λ值，以及Marcus hopping rate的过程。下面的数据请参考这些文件：[[https://www.jianguoyun.com/p/DaEJjZwQmZ2ZBhiM-CQ|本案例输入输出文件]]
-=====建模=====
-基本的建模操作，见[[https://www.jianguoyun.com/p/Dfq5zjUQmZ2ZBhjprSc|建模：ADF模块分子的基本建模功能演示（视频下载）]]
-建模完成之后，一般需要对结构进行优化（即，能量最小化，找到最稳定的结构）.这里我们跳过建模和优化，直接计算下面给定的结构的电子、空穴迁移率：
-建模如下图：
-{{:adf:ct01.png|}}
-并按照[[adf:creatregion]]将分子分为两个片段，默认分别命名为Region_1、Region_2，如上图所示。
-=====设置计算参数=====
-{{:adf:ct02.png|}}
-{{:adf:ct03.png|}}
-{{:adf:ct04.png|}}
-{{:adf:ct05.png|}}
-保存任务名为naphthalene_mobility（与下载的例子文件命名相同），并运行。提交任务的方式，参考：[[adf:maintance]]
-=====查看结果=====
-点击SCM LOGO > output，选择Properties > Charge transfer integrals，即看到如下所示的内容：
-<code bash>
-  Charge transfer integrals relevant for hole or electron mobility calculations
-  Electronic coupling V (also known as effective (generalized) transfer integrals J_eff)
-  V = (J-S(e1+e2)/2)/(1-S^2)
-  V for hole transfer:          -0.00766 eV
-  V for electron transfer:      -0.03780 eV
-  The effective transfer integral, or electronic coupling, is calculated from these components:
-  e1(hole) Site energy HOMO fragment 1:      -5.46589 eV
-  e2(hole) Site energy HOMO fragment 2:      -5.71529 eV
-  J(hole) Charge transfer integral HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2:      -0.02237 eV
-  S(hole) Overlap integral HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2:       0.00263
-  e1(electron) Site energy LUMO fragment 1:      -2.07825 eV
-  e2(electron) Site energy LUMO fragment 2:      -2.33169 eV
-  J(electron) Charge transfer integral LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2:      -0.05421 eV
-  S(electron) Overlap integral LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2:       0.00745
-</code>
-  * V for hole transfer：一般为负值，绝对值越大，转移越容易，一般绝对值与J的绝对值成正比
-  * V for electron transfer：一般为负值，绝对值越大，转移越容易，一般绝对值与J的绝对值成正比
-  * (hole) Site energy HOMO fragment N：外来一个空穴，放置到片段N（也就是放到片段N的HOMO上面）带来的能量变化量（不考虑空穴到达之后的弛豫过程）
-  * (electron) Site energy LUMO fragment：外来一个电子，放置到片段N（也就是放到片段N的LOMO上面）带来的能量变化量（不考虑电子到达之后的弛豫过程）
-分别得到电子和空穴的V值，以及转移积分。根据前面的Marcus hopping rate公式，还需要另一个数值电子或空穴的**λ**。以电子的为例：
-重组能λ = (Eanion(neutral geometry) - E(neutral)) + (Eneutral(anion geometry) - E(anion))
-<color #c3c3c3>注：如果是空穴，则重组能λ = (Ecation(neutral geometry) - E(neutral)) + (Eneutral(cation geometry) - E(cation))</color>
-  * E(neutral)表示单个萘分子[[adf:geoopt|几何结构优化]]完成之后，得到的Bonding energy（在*.logfile末尾可以看到，下同）。对应的例子文件：//naphthalene_neutral.adf//，Bonding Energy = -119.42662877 eV
-  * Eanion(neutral geometry)表示E(neutral)计算时，优化得到的结构，但带电量设置为-1，计算single point得到的bonding energy。对应的例子文件名为：//naphthalene_anion_neutral_geom.adf//，Bonding Energy = -119.25607066 eV
-  * E(anion)表示单个萘分子，将带电量设置为-1，然后进行[[adf:geoopt|几何结构优化]]，得到的Bonding energy。对应的例子文件名为：//naphthalene_anion.adf//，Bonding Energy = -119.35845577 eV
-  * Eneutral(anion geometry)表示E(anion)计算时，优化得到的结构，修改带电量改为0，计算single point得到的Bonding energy。对应的例子文件名为：//naphthalene_neutral_anion_geom.adf//，Bonding Energy = -119.31572655 eV
-λ = (-119.25607066 + 119.42662877)+(-119.31572655 + 119.35845577) = 0.21328733 eV
-如果是两种不同分子之间转移，参考：[[adf:trans_differentmolecules]]
-统一能量单位到J:
-  * 1eV = 1.60×10<sup>-19</sup> J
-  * h = 6.62606896×10<sup>-34</sup> J·s
-  * ћ = h/2π=1.05457161×10<sup>-34</sup> J·s
-  * k<sub>B</sub> = 1.38064881×10<sup>-23</sup> J/K
-得到
-  * V =-6.05*10<sup>-21</sup> J
-  * λ = 3.41*10<sup>-20</sup> J
-带入公式得到温度T=300K时，电子的Marcus hopping rate：
-k = V<sup>2</sup>/ћ * (π/λk<sub>B</sub>T)<sup>1/2</sup> * e<sup>-λ/4k<sub>B</sub>T</sup>
-=(6.05*10<sup>-21</sup>)<sup>2</sup>/1.05457161×10<sup>-34</sup>*(3.1415927/(3.41*10<sup>-20</sup>*1.38064881×10<sup>-23</sup>*300)<sup>1/2</sup>*exp(-3.41*10<sup>-20</sup>/(4*1.38064881×10<sup>-23</sup>*300)) 注意：此处exp指e的指数，不是指10的指数。
-=34.708406*10<sup>-8</sup>*1.4914047*10<sup>20</sup>*e<sup>-2.058211</sup>
-=6.61*10<sup>12</sup> s<sup>-1</sup>
-=====两个以上分子=====
-本例说明的是2个Region之间的计算，实际上如果是多个片段也是一样，例如三个片段：
-<code bash>
- Site energy (hole) HOMO fragment 1 (eV):      -8.97107
- Site energy (hole) HOMO fragment 2 (eV):      -7.71767
- Site energy (hole) HOMO fragment 3 (eV):      -5.73653
- Charge transfer integral (hole) HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2 (eV):      -1.84857
- Charge transfer integral (hole) HOMO fragment 1 - HOMO fragment 3 (eV):      -0.08168
- Charge transfer integral (hole) HOMO fragment 2 - HOMO fragment 3 (eV):      -1.60740
- Site energy (electron) LUMO fragment 1 (eV):      -1.97596
- Site energy (electron) LUMO fragment 2 (eV):      -3.89668
- Site energy (electron) LUMO fragment 3 (eV):      -1.89409
- Charge transfer integral (electron) LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2 (eV):      -1.05098
- Charge transfer integral (electron) LUMO fragment 1 - LUMO fragment 3 (eV):      -1.73879
- Charge transfer integral (electron) LUMO fragment 2 - LUMO fragment 3 (eV):      -0.94651
- Overlap integrals relevant for hole or electron mobility calculations
- ---------------------------------------------------------------------
- Overlap integral (hole) HOMO fragment 1 - HOMO fragment 2:       0.11500
- Overlap integral (hole) HOMO fragment 1 - HOMO fragment 3:       0.00512
- Overlap integral (hole) HOMO fragment 2 - HOMO fragment 3:       0.11037
- Overlap integral (electron) LUMO fragment 1 - LUMO fragment 2:       0.45551
- Overlap integral (electron) LUMO fragment 1 - LUMO fragment 3:       0.16791
- Overlap integral (electron) LUMO fragment 2 - LUMO fragment 3:       0.45594
-</code>
-会给出两两之间的数据，如上所示。
-=====固体=====
-块体材料的电子迁移率、Seebeck 系数、热导率、Hall系数以及Hall电导率张量，可以使用QuantumATK计算。

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