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adf:halfmetallicity [2023/08/13 00:10] – [参数设置] liu.jun | adf:halfmetallicity [2023/12/13 20:11] (当前版本) – liu.jun | ||
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- | ======半金属性质的计算====== | + | ~~NOTOC~~ |
+ | ======半金属材料性质的计算与分析====== | ||
关键词:半金属材料;自旋电子器件;BAND;DFT;反铁磁;铁磁 | 关键词:半金属材料;自旋电子器件;BAND;DFT;反铁磁;铁磁 | ||
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下文主要讲解如何通过计算材料的能带与态密度,来研究其半金属性质。结构应先经过结构优化,不过由于其半金属属性,因此优化时也应考虑正确的自旋极化,而不应采用默认的自旋极化为 0 。对该材料而言,结构优化的自旋极化设置与下文中计算能带、态密度时的自旋极化设置应一致。 | 下文主要讲解如何通过计算材料的能带与态密度,来研究其半金属性质。结构应先经过结构优化,不过由于其半金属属性,因此优化时也应考虑正确的自旋极化,而不应采用默认的自旋极化为 0 。对该材料而言,结构优化的自旋极化设置与下文中计算能带、态密度时的自旋极化设置应一致。 | ||
+ | 参考文献: | ||
+ | * Bai Pan, Like Lin, Yineng Huang, Linglu Wu, Sitong Bao, Haiming Lu, and Yidong Xia, Robust half-metallicity in non-metal atoms intercalated two-dimensional GaN bilayer, Appl. Phys. Lett., 123, 042106 (2023). (https:// | ||
======参数设置====== | ======参数设置====== | ||
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* 这里作为定性计算、演示,因此采用计算量较低、普适性较强的 PBE-D3 泛函,不过基组和积分精度设置的很高,但因为体系很小,所以计算量也并不会很大,实际一般 Numerical quality 设置为 Normal 是足够的,TZP 基组对一般不特别重的元素来说,是非常大的基组。如果是超重元素,则可以考虑 TZ2P 基组。对不同的元素可以指定不同的基组,具体设置方式参考:[[adf: | * 这里作为定性计算、演示,因此采用计算量较低、普适性较强的 PBE-D3 泛函,不过基组和积分精度设置的很高,但因为体系很小,所以计算量也并不会很大,实际一般 Numerical quality 设置为 Normal 是足够的,TZP 基组对一般不特别重的元素来说,是非常大的基组。如果是超重元素,则可以考虑 TZ2P 基组。对不同的元素可以指定不同的基组,具体设置方式参考:[[adf: | ||
- | * Periodicity为Slab,关于周期性的说明,详见:[[adf: | + | * Periodicity为Slab,关于周期性的理解,可以参考:[[adf: |
- | * 勾选了 Unrestricted 这个选项,这对半金属材料的计算尤为重要。当用户勾选这个选项时,软件将对 α 自旋、β 自旋分别进行计算,二者可能不一定完全配对,从而最后形成总自旋不为 0 的情况,而这是这种半金属材料的核心特征。一般而言,软件最后将自动收敛到能量最低的自旋极化上,得到正确结果。但对于一些简并度很高的体系,例如它在自旋极化为 11 和 13 时能量非常接近,这时候软件就可能出现不收敛的情况,就需要人为指定具体的自旋极化为 11 或 13,分别得到各自的精确能量,然后确认其基态的自旋极化究竟为 11 还是 13。指定自旋极化后,体系就会很容易收敛。 | + | * 勾选了 Unrestricted 这个选项,这对半金属材料的计算尤为重要。当用户勾选这个选项时,软件将对 α 自旋、β 自旋分别进行计算,二者可能不一定完全配对,从而最后形成总自旋不为 0 的情况,而这是这种半金属材料的核心特征。一般而言,软件最后将自动收敛到能量最低的自旋极化上,得到正确结果。但对于一些简并度很高的体系,例如某种材料,自旋极化为 11 和 13 时能量非常接近,这时候软件就可能出现不收敛的情况,就需要人为指定具体的自旋极化为 11 或 13,分别得到各自的精确能量,然后确认其基态的自旋极化究竟为 11 还是 13。指定自旋极化后,体系就会很容易收敛。如果不勾选 Unrestricted,则计算结果将为无磁态。 |
* 并勾选了能带、态密度的计算。 | * 并勾选了能带、态密度的计算。 | ||
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勾选了投影态密度的计算,从而能够得到各个分态密度的曲线。保存并运行作业。 | 勾选了投影态密度的计算,从而能够得到各个分态密度的曲线。保存并运行作业。 | ||
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+ | ======结果查看====== | ||
+ | 计算完毕后,SCM → Band Structure: | ||
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+ | 其中虚线为 β 自旋,实线为 α 自旋。双击纵坐标,可以更改单位(默认单位为 Hatree)也可以更改纵坐标范围。用户也可以通过 File → Export Bands Values导出数据,用其他软件作图。最右侧是综合了各个分态密度的DOS图,将该窗口拖大,并调整横坐标范围,可以看的更清楚。通过 File → Export DOS XY Values 可以导出各个分态密度曲线数据,各个分态叠加即总DOS。 | ||
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+ | SCM → Dos,默认显示总DOS,同样可以通过双击坐标轴更改单位、范围。其中红色曲线为 α,蓝色曲线为 β: | ||
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+ | Graph → Mirror β,则以镜像的方式显示两种自旋: | ||
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+ | 选中某个原子,例如某个 Ga 原子,Partial → Ga(i) → 有如下几个选项: | ||
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+ | 例如选中 s-dos,则显示这个 Ga 原子的 s 轨道的DOS贡献。如果关心所有的 Ga 原子,则前面应选中所有 Ga 原子。如果选择 All,则为总 DOS。该列表后面列出的,是具体某个基函数对DOS的贡献,一般可能不太用到。File → Save Graph as XY 可以保存为数据,用其他软件作图。 | ||
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+ | 到此为止,本文图 1 所示的数据就全部获得了。 |