之前在看第一性计算的文章时,总会看到对于哪个能带,它的主要贡献是来自于哪个原子的哪个轨道的贡献,一直对这一点都是很不解,因子自己的研究方向涉及到拓扑,那么经常也会接触到能带反转,这个时候区分哪个轨道对哪个能带产生贡献,分析是否发生能带反转就变的特别重要,最近正好在参考官网上面的实例学习vasp简单的计算,也接触到了这方面的内容,正好对这个内容进行一下整理,也整理一些自己的理解.

Cubic diamond Si计算

POSCAR

cubic diamond  # 体系命名
   5.5    # 晶格常数(缩放系数)
 0.0    0.5     0.5  # 三个元胞基矢
 0.5    0.0     0.5
 0.5    0.5     0.0
  2  # 每个元胞中包含2个Si原子
Direct  # 采用分数坐标
 -0.125 -0.125 -0.125
  0.125  0.125  0.125

INCAR

System = diamond Si 
ISTART = 0 # 决定是否直接读取已经计算得到的波函数信息
ICHARG = 2 # 2代表电荷密度取不同原子电荷密度的叠加
ENCUT  =    240  # 设置最大截断能
ISMEAR = 0 # 设置能带占据的展宽方法,0代表选择高斯展宽
SIGMA = 0.1 # 高斯展宽中的sigma因子

KPOINTS

k-points
 0 # 自动生成k点
Monkhorst Pack  #选取生成k点的方法
 11 11 11  # 控制k点生成数目
 0  0  0   # 生成k点时的平移控制

有了上面的文件之后,再从赝势库里面找到Si原子的赝势,命名为POTCAR和上面的文件放在相同的文件夹内,然后运行vasp

mpirun -np 20 vasp

上面的计算执行完成之后,会产生一个CHGCAR的文件,利用这个文件就可以进行接下来的计算.

态密度(DOS)

INCAR

接下来就是利用上面计算好的输出文件,进行进一步的性质计算,首先需要对INCAR文件进行修改

System = diamond Si
ISTART = 0
ICHARG = 2
ENCUT  =    240
ISMEAR = -5  # 另外一种计算能带占据函数的方法
LORBIT = 11 # 决定 PROCAR or PROOUT 的文件读写

修改INCAR文件之后,再继续运行一次vasp,就可以得到想要的DOS了,不过这个作图需要借助p4vasp.首先计算完成后会有一个vasprun.xml的文件,这就是p4vasp所需要的文件

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首先利用p4vasp打开这个文件,然后选择$Electronic\rightarrow Dos+bands$,就可以得到DOS的图

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能带计算

在这里同样是首先对INCAR文件进行修改

System = diamond Si
ISTART = 0
ICHARG = 11 # 需要利用前面计算得到的电荷密度文件来对能带进行计算
ENCUT = 240
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.1;
LORBIT = 11 # 决定一些文件是否会进行读写

因为要计算能带,那么必然是要沿着一定的高对称线计算,所以此时KPOINTS文件也同样需要修改

kpoints for bandstructure L-G-X-U K-G
# k点数目
line  # 能带计算模式选择
reciprocal # 倒空间中k点坐标
50000  0.50000  0.50000    1
00000  0.00000  0.00000    1

00000  0.00000  0.00000    1
00000  0.50000  0.50000    1

00000  0.50000  0.50000    1
25000  0.62500  0.62500    1

37500  0.7500   0.37500    1
00000  0.00000  0.00000    1

vasprun.xml文件的打开操作和DOS中的操作时相同的,这里有一些需要进行调整,首先要调整显示为band,如下图所示

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下面就可以分别对不同轨道的贡献进行标记,因为这里只有Si原子,所以也就不存在不同原子不同轨道对能带贡献的说法,不过如果计算的体系包含多种不同的原子,下面的操作同样也可以进行.

png png

在上面,我想将Si原子的p轨道($p_x,p_y,p_z$)在能带中单独显示出来,也就是上图中红框选选中区域中的参数设置,执行Add new Line之后就发现图中的能带会被红色的圆圈单独标记出来,也就是Si的p轨道所产生的能带.同样的也可以再增加其它的一些轨道的能带,只要以颜色区分就好,在下面再把Si的s轨道产生的能带利用另外一种颜色标记出来

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