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adf:stmixing [2019/12/09 21:28] – liu.jun | adf:stmixing [2023/04/17 14:51] (当前版本) – [定性图像显示自旋密度] liu.jun |
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======分子晶体中部分分子处于三重态怎么计算?====== | ======分子晶体中部分分子处于三重态怎么计算?怎么计算自旋密度====== |
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这种情况,其它软件较难解决,在BAND中,可以尝试通过指定电子占据实现,为了把问题说的清晰明了,这里以$O_2$+$H_2O$为例。正常情况下$O_2$处于三重态,$H_2O$处于单重态。在BAND中,我们直接计算一个$O_2$一个$H_2O$的混合物体系,Main中勾选Unrestricted,将会自动收敛到能量最低的电子态——得到一个三重态的$O_2$分子,一个单重态的$H_2O$分子: | |
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| 这种情况,其它软件较难解决,在BAND中,可以尝试通过指定电子占据实现,为了把问题说的清晰明了,这里以O<sub>2</sub>+H<sub>2O</sub>为例。正常情况下O<sub>2</sub>处于三重态,H<sub>2</sub>O处于单重态。在BAND中,我们直接计算一个O<sub>2</sub>一个H<sub>2</sub>O的混合物体系,Main中勾选Unrestricted,将会自动收敛到能量最低的电子态——得到一个三重态的O<sub>2</sub>分子,一个单重态的H<sub>2</sub>O分子。 |
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| 本文以分子晶体为例,实际上也适用于铁磁体系。一般而言,在没有指定Spin Poparization,但勾选了Unrestricted的情况下,材料会自动收敛到正确的铁磁态上。 |
=====参数设置===== | =====参数设置===== |
勾选Unrestricted,BAND将自动收敛到正确的自旋态上,当然本例中指定Spin Polarization为2(即三重态)也可以: | 勾选Unrestricted,BAND将自动收敛到正确的自旋态上,当然本例中指定Spin Polarization为2(即三重态)也可以: |
{{ :adf:controlspin01.png?650 }} | {{ :adf:controlspin01.png?650 }} |
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精确计算,需要设置k点为Very Good,但是为了方便我们看到电子的分布,这里我们设置为Gamma Only,便于与ADF计算结果进行对比: | **<color green>精确计算,对于一般晶体而言,需要设置k点为Very Good</color>**,此处是分子(更泛泛的说,是分子晶体)可以设置为Gamma Only,便于与ADF计算结果进行对比: |
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{{ :adf:controlspin02.png?650 }} | {{ :adf:controlspin02.png?650 }} |
{{ :adf:controlspin03.png?650 }} | {{ :adf:controlspin03.png?650 }} |
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在SCM LOGO > Output > Band Gap Info可以看到电子的占据方式,确实是alpha电子比beta电子多2个,对照ADF模块单独计算$O_2$和$H_2O$可以确认α自旋多出来的两个电子确实属于$O_2$,与ADF模块单独计算出来的$O_2$、$H_2O$一致。 | 在SCM LOGO > Output > Band Gap Info可以看到电子的占据方式,确实是alpha电子比beta电子多2个,对照ADF模块单独计算O<sub>2</sub>和H<sub>2</sub>O可以确认α自旋多出来的两个电子确实属于O<sub>2</sub>,与ADF模块单独计算出来的O<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>O一致。 |
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=====结果分析===== | =====结果分析===== |
| ====数值结果==== |
搜索“B A N D E N E R G Y R A N G E S”,看到BAND计算得到的能级列表: | 搜索“B A N D E N E R G Y R A N G E S”,看到BAND计算得到的能级列表: |
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* 第一列为轨道序号,2、3、4列数据为α自旋能级(因为使用了Gamma点,所以“能带”变成一个点,重复列了两次能量)、占据数,5、6、7列出的是β自旋的能级、占据数。 | * 第一列为轨道序号,2、3、4列数据为α自旋能级(因为使用了Gamma点,所以“能带”变成一个点,重复列了两次能量)、占据数,5、6、7列出的是β自旋的能级、占据数。 |
* 可以看到α自旋刚好比β多了两个电子。对照ADF在相同条件下计算$O_2$和$H_2O$的能级结果,可以发现上述结果就是两个分子能级简单地混在一起而已,也就表明BAND在没有指定自旋多重度的情况下,得到了正确的自旋多重度与电子占据。 | * 可以看到α自旋刚好比β多了两个电子。对照ADF在相同条件下计算O<sub>2</sub>和H<sub>2</sub>O的能级结果,可以发现上述结果就是两个分子能级简单地混在一起而已,也就表明BAND在没有指定自旋多重度的情况下,得到了正确的自旋多重度与电子占据。 |
| ADF计算得到的O<sub>2</sub>能级列表: |
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| Orbital Energies, all Irreps, both Spins |
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| Irrep no. (spin) Occup E (au) E (eV) |
| --------------------------------------------------------------------------- |
| SIGMA.g 1 A 1.00 -0.10719180901768E+01 -29.1684 |
| SIGMA.g 1 B 1.00 -0.10211787457694E+01 -27.7877 |
| SIGMA.u 1 A 1.00 -0.84851985268672E+00 -23.0894 |
| SIGMA.u 1 B 1.00 -0.78292857401510E+00 -21.3046 |
| SIGMA.g 2 A 1.00 -0.49337418211076E+00 -13.4254 |
| SIGMA.g 2 B 1.00 -0.46321940265981E+00 -12.6048 |
| PI.u 1 A 2.00 -0.45366840014584E+00 -12.3449 |
| PI.u 1 B 2.00 -0.38316148723558E+00 -10.4264 |
| PI.g 1 A 2.00 -0.33428054457173E+00 -9.0962 |
| PI.g 1 B 0.00 -0.24967880170564E+00 -6.7941 |
| SIGMA.u 2 A 0.00 -0.14568334928679E+00 -3.9642 |
| SIGMA.u 2 B 0.00 -0.10982335528743E+00 -2.9884 |
| PI.u 2 A 0.00 0.71101384734465E+00 19.3477 |
| SIGMA.u 3 A 0.00 0.73716337561020E+00 20.0592 |
| SIGMA.g 3 A 0.00 0.74470375352555E+00 20.2644 |
| SIGMA.g 3 B 0.00 0.76226087812116E+00 20.7422 |
| SIGMA.u 3 B 0.00 0.76327225130458E+00 20.7697 |
| </code> |
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| ADF计算得到的H<sub>2</sub>O能级列表: |
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| A1 1 2.00 -0.93628519391634E+00 -25.4776 |
| B1 1 2.00 -0.50520690974558E+00 -13.7474 |
| A1 2 2.00 -0.34241559239968E+00 -9.3176 |
| B2 1 2.00 -0.27317609061798E+00 -7.4335 |
| A1 3 0.00 -0.31428115683489E-02 -0.0855 |
| B1 2 0.00 0.88155108196576E-01 2.3988 |
| A1 4 0.00 0.35424830859446E+00 9.6396 |
| B1 3 0.00 0.38010338524292E+00 10.3431 |
| A1 5 0.00 0.43879016820682E+00 11.9401 |
| B2 2 0.00 0.50943269905755E+00 13.8624 |
| </code> |
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| BAND自身的自旋电子分析也体现了这个结果: |
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| Atomic Charge Analysis (Spin Up - Spin Down) |
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| ---------------------------------------------------------- |
| Atom Hirshfeld Voronoi CM5 Mulliken |
| ---------------------------------------------------------- |
| 1 O -0.966 -0.967 -0.966 -0.970 |
| 2 O -1.005 -1.009 -1.005 -1.012 |
| 3 O -0.022 -0.020 -0.022 -0.023 |
| 4 H -0.004 -0.003 -0.004 0.004 |
| 5 H -0.003 -0.002 -0.003 0.001 |
| ---------------------------------------------------------- |
| Total: -2.000 -2.000 -2.000 -2.000 |
| ---------------------------------------------------------- |
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| WARNING: matrix written, but never read. Matrix name: S(C/C)**-1 |
| </code> |
| 可以看到第1个O原子上面α电荷数-β电荷数:-0.966(Hirshfeld模型的结果);第2个O类似-1.005。也就是二者各多出一个α电子。其他原子则基本上α、β电荷树脂相近,从而二者差值很小。 |
| ====定性图像显示自旋密度==== |
| 也可以从自旋电子密度(Density<sub>Spin:α</sub> - Density<sub>Spin:β</sub>)可以非常简单的看到(如下图所示)。具体操作方式:SCM → Filed → Calculate,在底部分别选择Total Density A运算符号为减号,以及Total Density B。运算得到的新函数叫做C-1。然后显示该C-1函数:Add → Iso Surface:with phase → Select Field选择 Others → C-1。即如下图所示: |
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| {{ adf:controlspin99.png?650 }} |
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| 显示C-1 = Density<sub>Spin:α</sub> - Density<sub>Spin:β</sub>,可以看到α电子比β电子多出来的两个,对应O<sub>2</sub>的二重简并HOMO轨道(π:x和π:y)二者密度加和。 |