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atk:带电点缺陷的形成能_手动方法

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atk:带电点缺陷的形成能_手动方法 [2019/10/22 22:34] – [体系大小的影响] xie.congweiatk:带电点缺陷的形成能_手动方法 [2019/10/30 11:25] (当前版本) – [带电点缺陷的形成能（手动方法）] dong.dong
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 <WRAP center important 100%> <WRAP center important 100%>
 === 注意 === === 注意 ===
-在 O-2018.6 版本中，我们引入了一个所谓的 //Study Object// 将本教程中描述的工作流程自动化。现在是 QuantumATK 中研究带电点缺陷的推荐方法，如果您可以访问 O-2018.06 或更新版本，可以转至相应的教程 [[https://docs.quantumatk.com/tutorials/charged_point_defect_study_object/charged_point_defect_study_object.html#charged-point-defect-study-object|Formation energies and transition levels of charged defects]]。以前版本的用户仍然可以采用本文描述的更复杂的步骤进行计算和分析。+在 O-2018.6 版本中，我们引入了一个所谓的 //Study Object// 将本教程中描述的工作流程自动化。现在是 QuantumATK 中研究带电点缺陷的推荐方法，如果您可以使用 O-2018.06 版本，可以转至相应的教程 [[https://docs.quantumatk.com/tutorials/charged_point_defect_study_object/charged_point_defect_study_object.html#charged-point-defect-study-object|Formation energies and transition levels of charged defects]]。以前版本的用户仍然可以采用本文描述的更复杂的步骤进行计算和分析。
 </WRAP> </WRAP>
  
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 ==== 周期校正方法 ==== ==== 周期校正方法 ====
  
 +正如上文已经提到的，我们会采用由 Freysoldt 等人 <color #00a2e8>[FNVanDWalle09]</color> 提出的校正方法修正因点缺陷引入造成的电荷周期图像间的静电相互作用和能带偏移。校正包含以下两项：
  
-===== 参考 =====+$$E_{corr} = E_{lat} - q \Delta V_{q/b} ,$$
  
 +$E_{lat}$ 修正了电荷周期图像间的静电相互作用，$q \Delta V_{q/b}$ 则修正了能带偏移。$E_{lat}$ 通过考虑模型电荷分布的静电作用和对比周期晶胞中边界条件为非周期性的势计算得到：
 +
 +$$E_{lat} = \int_\Omega \left[\frac{1}{2} q (\tilde{V}_q^{lr}-V_q^{lr}) \right] d^3 r .$$
 +
 +$V_q^{lr}$ 是模型电荷分布的长程势，$\tilde{V}_q^{lr}$ 周期晶胞的修正量。$\Delta V_{q/b}$ 由引入点缺陷造成的静电势移位计算得来:
 +
 +$$ \Delta V_{q/b} = \tilde{V}_{q/b} - \tilde{V}_q^{lr} , $$
 +
 +这里的 $\tilde{V}_{q/b}$ 是原始块体构型和添加缺陷间静电势的差值。为了得到零点参考能量的正确偏移量，应在远离点缺陷且是常数的位置计算 $\Delta V_{q/b}$。在我们的实际操作中，在离缺陷最远的五个网格点上取平均值。我们会在下图中画出这些值，$\Delta V_{q/b}$ 由黑线表示：
 +
 +{{ :atk:potentials-3-20191022.png?600 |}}
 +
 +图 99 能带偏移校正图。绿色是缺陷的模型电位，红色是由于引入缺陷引起的变化，而黑色则是绝对能量零点的偏移。
 +
 +注意，所获得的差异是在两个屏蔽势间定义的，参见文献 <color #00a2e8>[FNVanDWalle09]</color> 和脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/formation-energies.py|↓ forma-energies.py]]，其中屏蔽是因为带电缺陷周围的半导体材料引起的。描述电介质屏蔽的静电介电常数的计算在下文将以 GaAs 为例介绍。
 +
 +
 +
 +==== GaAs 的介电常数 ====
 +
 +为了说明半导体材料（围绕带电缺陷）对能带偏移校正的屏蔽影响，应该在脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/formation-energies.py|↓ formation-energies.py]]. 中计算介电常数。可以通过对原始 GaAs 块体晶胞进行 //OpticalSpectrum// 分析计算介电常数。重要的是，计算对于 k 点能够很好地收敛，且 OpticalSpectrum 中的能带数量足够对所有相关跃迁进行采样。本例中，20x20x20 的 k 点网格，费米能级以下 10 条能带和以上 20 条能带足以确保这一点。
 +
 +将优化的 GaAs 块体结构拖放到 **Builder** 并发送到 **Script Generator**。添加一个 //New Calculator//，除 k 点外，参数设置同上文计算相同，此处 k 点必须为 20x20x20。添加一个 //OpticalSpectrum// 分析模块，设置 k 点为 20x20x20，费米能级以下 10 条能带和以上 20 条能带。现在的窗口应如下图所示。
 +
 +{{ :atk:optical-spectrum-setup-gaas-20191022.png?600 |}}
 +
 +运行计算，应该不会超过几分钟。您现在应该在 **LabFloor** 上看到 //OpticalSpectrum//，用右侧的 //Optical Spectrum Analyzer// 打开它，将会出现一个如下图片的窗口：
 +
 +
 +{{ :atk:optical-spectrum-result-gaas-20191022.png?600 |}}
 +
 +
 +
 +本例中，我们只对上边那张图的截距感兴趣，看起来大约为 13。要获得精确计算的值，请打开带有 Text Representation 的 //OpticalSpectrum//，找到 “Real part of the dielectric tensor” 部分。在这里，您可以找到零频率下介电常数的计算值为 12.9，如下图所示：
 +
 +
 +{{ :atk:text-optical-spectrum-20191022.png?600 |}}
 +
 +===== 参考 =====
  
  
  
 +  * 英文原文：https://docs.quantumatk.com/tutorials/charged_defects/charged_defects.html#charged-defects
 +  * [EMM05] Fedwa El-Mellouhi and Normand Mousseau. Self-vacancies in gallium arsenide: An ab initio calculation. //Phys. Rev. B//, 71(12):125207, 2005. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.125207|doi:10.1103/PhysRevB.71.125207]].
 +  * [FGH+14] Christoph Freysoldt, Blazej Grabowski, Tilmann Hickel, Jörg Neugebauer, Georg Kresse, Anderson Janotti, and Chris G. Van De Walle. First-principles calculations for point defects in solids. //Rev. Mod. Phys//., 86(1):253–305, 2014. [[http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.86.253|doi:10.1103/RevModPhys.86.253]].
 +  * [FNVanDWalle09] (1, 2, 3) Christoph Freysoldt, Jörg Neugebauer, and Chris G. Van De Walle. Fully Ab Initio finite-size corrections for charged-defect supercell calculations. //Phys. Rev. Lett//., 102:016402, 2009. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.016402|doi:10.1103/PhysRevLett.102.016402]].
 +  * [PRC+08] J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, G. I. Csonka, O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, L. A. Constantin, X. Zhou, and K. Burke. Restoring the Density-Gradient Expansion for Exchange in Solids and Surfaces. //Phys. Rev. Lett//., 100(13):136406, 2008. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.136406|doi:10.1103/PhysRevLett.100.136406]].
  
atk/带电点缺陷的形成能_手动方法.1571754852.txt.gz · 最后更改: 2019/10/22 22:34 由 xie.congwei

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