DFT学习记录[4] 电子和空穴的有效质量计算全流程

今晚本来是要打apex的,结果朋友都不来了,还是学习吧。

那我们走一下电子和空穴的有效质量计算的流程,依旧是会用到vasp和vaspkit,参考文章为如何用VASPKIT计算有效质量 - VASPKIT与量化软件http://vaspkit.cn/index.php/52.html

想要得到有效质量,首先你要把能带算出来,我们这里就不过多阐述了,我们就接着学习记录[2]的后续进行

DFT学习记录[2]:VASP能带计算全流程-CSDN博客https://blog.csdn.net/Blindbaby123/article/details/157869966


根据我们学习记录[2]的进度,我们已经成功完成了能带的计算,拿到了band_gap,那我们接下来要做的,是确认带边核心信息,首先在band文件夹打开vaspkit,并且进入91,911,得到带边位置

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 +-------------------------- Summary ----------------------------+
          Band Character:    Direct
           Band Gap (eV):    4.0238
  Eigenvalue of VBM (eV):    6.0634
  Eigenvalue of CBM (eV):   10.0872
       HOMO & LUMO Bands:         8         9
         Location of VBM:  0.000000  0.000000  0.000000
         Location of CBM:  0.000000  0.000000  0.000000

接下来要根据带边位置编写配置文件VPKIT.in在该文件夹生成文件VPKIT.in,并写入

复制代码
1                    # 模式1:先生成有效质量计算专用的KPOINTS文件
6                    # 拟合用的离散点数(行业通用值,不用改)
0.015                # k-cutoff截断半径(0.015 1/Å,典型值)
2                    # 计算2个方向的有效质量(可改,比如1=只算1个方向)
0.000000 0.000000 0.000000  0.500000 0.000000 0.000000  # Γ→X方向(空穴有效质量)
0.000000 0.000000 0.000000  0.500000 0.500000 0.000000  # Γ→M方向(空穴有效质量)

在你的使用过程中,需要修改的一般为Γ→X方向和Γ→M方向的前三个值,即0.000000 0.000000 0.000000

把这个东西改成我们通过911拿到的Location of VBM和Location of CBM

完成之后保存

接下来,再次打开vaspkit,91,912,1,生成计算需要的KPOINTS,精度的话还是0.04差不多即可

然后要继续修改INCAR文件,很简单,直接把下面的东西复制粘贴过去即可,重点就是要进行一次静态计算

复制代码
IBRION=-1         # 静态计算
NSW=0             # 不弛豫
LWAVE=.FALSE.     # 关闭波函数输出(节省空间)
LCHARG=.FALSE.    # 关闭电荷密度输出
ISMEAR=0          # 高斯展宽(能带计算常用)
SIGMA=0.05        # 展宽值(和之前能带计算一致)

然后运行我们之前说过的vasp计算脚本,很快就能计算完成

复制代码
       N       E                     dE             d eps       ncg     rms          rms(c)
DAV:   1    -0.274541078800E+02   -0.27454E+02   -0.13808E+02  7032   0.701E+01    0.119E+01
DAV:   2    -0.291842892370E+02   -0.17302E+01   -0.21065E+01  7144   0.221E+01    0.112E+01
DAV:   3    -0.290698348886E+02    0.11445E+00   -0.47325E-01  6824   0.480E+00    0.700E+00
DAV:   4    -0.290830527365E+02   -0.13218E-01   -0.29711E-02  6912   0.141E+00    0.334E+00
DAV:   5    -0.290690309505E+02    0.14022E-01   -0.25630E-02  7152   0.114E+00    0.197E-01
DAV:   6    -0.290690064723E+02    0.24478E-04   -0.44544E-03  6672   0.447E-01    0.118E-01
DAV:   7    -0.290690141618E+02   -0.76896E-05   -0.50565E-05  7184   0.554E-02    0.373E-02
DAV:   8    -0.290689950169E+02    0.19145E-04   -0.47929E-05  6792   0.486E-02    0.986E-03
DAV:   9    -0.290689951611E+02   -0.14419E-06   -0.37687E-06  6928   0.145E-02    0.197E-03
DAV:  10    -0.290689951641E+02   -0.29987E-08   -0.23972E-08  7216   0.115E-03
   1 F= -.29068995E+02 E0= -.29068995E+02  d E =-.290690E+02
 curvature:   0.00 expect dE= 0.000E+00 dE for cont linesearch  0.000E+00
 trial: gam= 0.00000 g(F)=  0.542E-02 g(S)=  0.000E+00 ort = 0.000E+00 (trialstep = 0.100E+01)
 search vector abs. value=  0.542E-02
 writing wavefunctions

计算完成后,重新打开VPKIT.in,并且把里面第一行的"1",改成"2"

然后运行vaspkit,进入91,913,就会直接输出我们需要的有效质量了

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Band Index:                LUMO =    9               HOMO =   8
 Effective-Mass (in m0)     Electron (Prec.)          Hole (Prec.)
 K-Path Index 1: #        0.306 (0.2E-07)      -2.023 (0.5E-06)
 K-Path Index 2: #        0.306 (0.9E-08)      -2.309 (0.7E-06)

电子有效质量两个方向都是0.306 m₀,电子有效质量很小,说明电子迁移率会比较高,适合做电子导电

空穴有效质量方向 1为-2.023 m₀,方向 2为-2.309 m₀,即空穴有效质量 ≈ 2.02 ~ 2.31 m₀


基本流程就是这样,你还可以根据自己的需求进一步进行修改,有什么问题留言评论,88

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