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atk:生成能

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atk:生成能 [2016/08/11 15:57] – [生成能] dong.dongatk:生成能 [2018/03/20 22:21] (当前版本) – liu.jun
行 6: 行 6:
   - MgO 表面的 O 空位   - MgO 表面的 O 空位
 =====生成能（或者结合能）计算===== =====生成能（或者结合能）计算=====
-在 VNL-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：+在 QuantumATK 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) $E_{form}=E_{tot}–Σ_xE_{tot}(x)$+(1) $E_\mathtt{form}=E_\mathtt{tot}–Σ_xE_\mathtt{tot}(x)$
  
-$E_{form}$ 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。+$E_\mathtt{form}$ 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。
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意**： **注意**：
   * $E_{form}$ 通过计算电子结构得到，没有考虑振动引起的热能和零点能；   * $E_{form}$ 通过计算电子结构得到，没有考虑振动引起的热能和零点能；
行 24: 行 24:
 {{ :atk:formation04.png?600 |}} {{ :atk:formation04.png?600 |}}
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意**： **注意**：
 关于 ATK-DFT 和 ATK-Huckel 计算 {{:atk:formation05.png?25|}} 块体和 {{:atk:formation06.png?25|}} 器件结构得到的TotalEnergy 中各能量项的详细解释，参见手册：[[https://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.totalenergy.html|TotalEnergy条目]] 关于 ATK-DFT 和 ATK-Huckel 计算 {{:atk:formation05.png?25|}} 块体和 {{:atk:formation06.png?25|}} 器件结构得到的TotalEnergy 中各能量项的详细解释，参见手册：[[https://www.quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.totalenergy.html|TotalEnergy条目]]
行 35: 行 35:
 =====体相材料的结合能===== =====体相材料的结合能=====
  
-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相作为参考体系来计算各个组分：Ga和As。+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相作为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： 本例中计算体相材料 GaAs 相对于 Ga 和 As 块体的生成能：
  
-$E_{form}^{GaAs}=E_{tot}^{GaAs}-E_{tot}^{Ga}/n_{Ga}-E_{tot}^{As}/n_{As}$+$E_\mathtt{form}^\mathtt{GaAs}=E_\mathtt{tot}^\mathtt{GaAs}-E_\mathtt{tot}^\mathtt{Ga}/n_\mathtt{Ga}-E_\mathtt{tot}^\mathtt{As}/n_\mathtt{As}$
  
-其中 $n_{Ga}$ 和 $n_{As}$ 分别表示 Ga 晶体和 As 晶体元胞中的原子个数。这就是前面说的归一化。+其中 $n_\mathtt{Ga}$ 和 $n_\mathtt{As}$ 分别表示 Ga 晶体和 As 晶体元胞中的原子个数。这就是前面说的归一化。
  
 ====结果==== ====结果====
  
-使用 LDA、FHI DoubleZetaPolarized 基组，得到 $E_{form}^{GaAs}=-0.6645 eV$（实验值 -0.73 eV((El-Mellouhi F. and Mousseau N. “Self-vacancies in gallium arsenide: An ab initio calculation” Physical Review B 7, 125207, 2005))）。负号表示从 Ga 晶体和 As 晶体形成 GaAs 晶体得到 0.6645 eV 能量。+使用 LDA、FHI DoubleZetaPolarized 基组，得到 $E_\mathtt{form}^\mathtt{GaAs}=-0.6645 eV$（实验值 -0.73 eV((El-Mellouhi F. and Mousseau N. “Self-vacancies in gallium arsenide: An ab initio calculation” Physical Review B 7, 125207, 2005))）。负号表示从 Ga 晶体和 As 晶体形成 GaAs 晶体得到 0.6645 eV 能量。
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意1**： **注意1**：
   * 选择不同基组和赝势，对生成能的计算非常关键，并且你的体系包括哪些元素，对结果的可靠性也有很大影响；   * 选择不同基组和赝势，对生成能的计算非常关键，并且你的体系包括哪些元素，对结果的可靠性也有很大影响；
   * 本例中，Ga 元素以及它对应的组分晶体（Ga 晶体）对赝势和基组的设置更敏感；   * 本例中，Ga 元素以及它对应的组分晶体（Ga 晶体）对赝势和基组的设置更敏感；
-  * ATK 中还有 HGH 和 OMX 赝势； +  * QuantumATK 中还有 HGH 和 OMX 赝势； 
-  * 使用 HGH 赝势（Tier 4 基组）计算 GaAs 生成能，得到 $E_{form}^{GaAs}=-0.76 eV$，和实验值符合的非常好。+  * 使用 HGH 赝势（Tier 4 基组）计算 GaAs 生成能，得到 $E_\mathtt{form}^\mathtt{GaAs}=-0.76 eV$，和实验值符合的非常好。
 </WRAP> </WRAP>
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意2**： **注意2**：
-  * 可以将这种方法用于其它体系，例如分子晶体。但这种情况下，方程(1) 中 $Σ_xE_{tot}(x)$ 各项对应的是形成晶体的各孤立分子的总能量。+  * 可以将这种方法用于其它体系，例如分子晶体。但这种情况下，方程(1) 中 $Σ_x E_\mathtt{tot}(x)$ 各项对应的是形成晶体的各孤立分子的总能量。
 </WRAP> </WRAP>
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意3**： **注意3**：
   * 有可能需要对不同体系中各组分的基组重叠带来的误差进行补偿，也就是所谓的 BSSE。详见手册：[[https://www.quantumwise.com/documents/tutorials/latest/Grimme/index.html|Grimme DFT-D2 and the BSSE counterpoise correction]]   * 有可能需要对不同体系中各组分的基组重叠带来的误差进行补偿，也就是所谓的 BSSE。详见手册：[[https://www.quantumwise.com/documents/tutorials/latest/Grimme/index.html|Grimme DFT-D2 and the BSSE counterpoise correction]]
 </WRAP> </WRAP>
  
-<WRAP center box 100%>+<WRAP center important 100%>
 **注意4**： **注意4**：
   * 也可以通过这种方式计算分子的结合能：分别计算分子的总能量和各个孤立原子的总能量。不过要尤其小心自旋极化的计算。也要小心 DFT 在计算孤立的原子的不足限制，例如计算 O 原子构成 $O_2$ 的生成能((Wang L. et al. “Oxidation energies of transition metal oxides within the GGA+ U framework” Physical Review B 73, 195107, 2006))。   * 也可以通过这种方式计算分子的结合能：分别计算分子的总能量和各个孤立原子的总能量。不过要尤其小心自旋极化的计算。也要小心 DFT 在计算孤立的原子的不足限制，例如计算 O 原子构成 $O_2$ 的生成能((Wang L. et al. “Oxidation energies of transition metal oxides within the GGA+ U framework” Physical Review B 73, 195107, 2006))。
行 75: 行 75:
 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： 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) $E_{form}=E_{tot}^{Ga_{1-x}As}–E_{tot}^{GaAs}+x⋅E_{tot}^{Ga}$+(2) $E_\mathtt{form}=E_\mathtt{tot}^{\mathtt{Ga}_{1-x}\mathtt{As}}–E_\mathtt{tot}^\mathtt{GaAs}+x⋅E_\mathtt{tot}^\mathtt{Ga}$
  
-其中 $E_{tot}^{Ga_{1-x}As}$ 表示包含 x 个 Ga 空位的 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。+其中 $E_\mathtt{tot}^{\mathtt{Ga}_{1-x}\mathtt{As}}$ 表示包含 $x$ 个 Ga 空位的 GaAs 晶体的总能量，$E_\mathtt{tot}^\mathtt{GaAs}$ 表示完美 GaAs 晶体的总能量，$E_\mathtt{tot}^\mathtt{Ga}$ 表示 Ga 晶体的总能量。 
 + 
 +<WRAP center important 100%> 
 +**注意：**
  
-<WRAP center box 100%> 
-注意： 
 除了检查常规的参数以确保得到收敛的结果之外，还需要注意晶格的大小，这与缺陷浓度直接相关。 除了检查常规的参数以确保得到收敛的结果之外，还需要注意晶格的大小，这与缺陷浓度直接相关。
 </WRAP> </WRAP>
行 97: 行 98:
  
 根据选用的基组的不同，如上所述可能需要考虑 BSSE：本例中，将空位 Ga 原子改为 ghost，而不真正删除 Ga 原子，如此得到晶体的总能量，作为方程（2）的第一项即可。也就是上表中的 ATK-PBE - ghost atom 栏。 根据选用的基组的不同，如上所述可能需要考虑 BSSE：本例中，将空位 Ga 原子改为 ghost，而不真正删除 Ga 原子，如此得到晶体的总能量，作为方程（2）的第一项即可。也就是上表中的 ATK-PBE - ghost atom 栏。
 +
 +==== 参考与注释 ====
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atk/生成能.1470902242.txt.gz · 最后更改: 2016/08/11 15:57 由 dong.dong

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