態(tài)密度
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2021-02-24
態(tài)密度的實(shí)例教程
本文介紹用VASP如何求硅的電子態(tài)密度和能帶，共分為如下5個(gè)部分：
(1). 生成4個(gè)輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對(duì)應(yīng)的晶格參數(shù)
(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費(fèi)米能量
(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽計(jì)算,得到輸出文件EIGENVAL
(5). 提取數(shù)據(jù),畫(huà)圖
(1). 生成4個(gè)輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對(duì)應(yīng)的晶格參數(shù)
運(yùn)行VASP程序, 查看SUMMARY.fcc輸出文件:
(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費(fèi)米能量
(i) 找到平衡晶格常數(shù)后, 把該值寫(xiě)入到POSCA件中,并增加K點(diǎn)數(shù)作一個(gè)離子步自洽計(jì)算(NSW = 0, IBRION = -1) .
(ii) 從DOSCAR輸出文件中讀出態(tài)密度和費(fèi)米能級(jí),費(fèi)米費(fèi)米能級(jí)也可從OUTCAR中讀出.
(4). 做非自洽計(jì)算, 求電子結(jié)構(gòu)
? 修改INCA件: 將參數(shù)ICHARG設(shè)為 11
? 修改KPOINTS輸入文件
? 運(yùn)行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結(jié)構(gòu)
畫(huà)出電荷密度
? VASP輸出電荷密度文件CHGCAR
? 采用免費(fèi)程序LEV00處理數(shù)據(jù)文件CHGCAR www.cmmp.ucl.ac.uk/lev
最后，有MD相關(guān)需求，歡迎通過(guò)微信公眾號(hào)聯(lián)系我們。
公眾號(hào)：320科技工作室。
展開(kāi) 本研究基于第一性原理模擬，采用VASP分別計(jì)算含缺陷，雜質(zhì)元素N,O的石墨與純石墨的電子結(jié)構(gòu)信息，如差分電荷和態(tài)密度，分析其電子結(jié)構(gòu)信息的差異；并且計(jì)算了Li離子在以上幾種石墨材料中的擴(kuò)散能壘，分析了缺陷對(duì)Li電池性能的影響。
具體步驟:
1) 分別構(gòu)建純的石墨（C），摻雜N和C空位缺陷的石墨（C1），以及摻雜了N，O，和C空位缺陷的石墨（C2）；并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2) 計(jì)算DOS和PDOS。分析可知摻雜元素對(duì)活性的影響。
C的總態(tài)密度以及各元素分態(tài)密度和軌道分態(tài)密度
C1的總態(tài)密度以及各元素分態(tài)密度和軌道分態(tài)密度
C2的總態(tài)密度以及各元素分態(tài)密度和軌道分態(tài)密度
3) 進(jìn)一步分析計(jì)算Li離子在石墨層間的電子結(jié)構(gòu)信息（圖為差分電荷，從左到右分別是C, C1, C2）。紅色區(qū)域電子聚集，綠色區(qū)域電子丟失。可以發(fā)現(xiàn)摻雜對(duì)活性影響很大 。
4) 選擇合適的擴(kuò)散路徑，通過(guò)過(guò)渡態(tài)搜索，計(jì)算其擴(kuò)散能壘。
Li在C, C1, C2中的擴(kuò)散路徑軌跡圖（均是從上往下）
結(jié)論：C, C1, C2中Li離子的遷移能壘大小順序?yàn)椋篊2<C1<C。即缺陷和摻雜可以減小Li離子的遷移能壘，有利于擴(kuò)散。
關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)：
從左到右以此為：基本參數(shù)+精度與收斂準(zhǔn)則+幾何優(yōu)化參數(shù)+過(guò)渡態(tài)參數(shù)
總結(jié)：
過(guò)渡態(tài)搜索過(guò)程看似簡(jiǎn)單，實(shí)則暗藏玄機(jī)，好的初末態(tài)結(jié)構(gòu)是解決問(wèn)題的法寶。本研究中，Li離子容易被空位缺陷捕獲，難以遷移，一旦Li離子落入“C陷阱”;，再難發(fā)揮其電流搬運(yùn)的能力啦！
最后，如有電化學(xué)，催化相關(guān)需求，歡迎聯(lián)系我們哈。
微信公眾號(hào):320科技工作室.
VX: CAE320
展開(kāi) ZnO(001)面
4 運(yùn)用Castep分別計(jì)算ZnO原胞和完全解理面的能帶和態(tài)密度，將得到的數(shù)據(jù)用Original畫(huà)圖得到兩者能帶、態(tài)密度對(duì)比圖。
ZnO ZnO(001)
能帶對(duì)比圖(左: ZnO原胞 右: ZnO(001)面)
ZnO態(tài)密度對(duì)比圖(左: ZnO原胞 右: ZnO(001)面)
由能帶對(duì)比圖可以得到氧化鋅原胞的能隙寬度0.76 eV，價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底都位于G點(diǎn)，屬于直接帶隙的半導(dǎo)體材料。ZnO(001)面完全解理面的能帶圖由于原子數(shù)目的增多，導(dǎo)致能帶密度變大，導(dǎo)帶頂進(jìn)入價(jià)帶底，仍屬于直接帶隙。
由態(tài)密度對(duì)比圖可知，氧化鋅總態(tài)密度由三部分組成，其中在-7～0 eV由O-2p以及Zn-3d軌道貢獻(xiàn)，其中Zn-3d軌道貢獻(xiàn)較大。對(duì)比ZnO態(tài)密度發(fā)現(xiàn)完全解理面在最高占據(jù)態(tài)處峰值升高，是因?yàn)镺-2p以及Zn-3d在最高占據(jù)態(tài)貢獻(xiàn)，其中Zn-3d軌道貢獻(xiàn)最大。說(shuō)明ZnO(001)面中Zn活性較大。
最后,有相關(guān)需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)聯(lián)系我們.
公眾號(hào):320科技工作室
展開(kāi) 【圖文簡(jiǎn)介】
圖一
ZnCu3(OH)6BrF
的結(jié)構(gòu)與摻雜后的態(tài)密度
（a）P63/mmc ZnCu3(OH)6BrF的kagome晶體結(jié)構(gòu)圖
（b）HSE06計(jì)算未摻雜的ZnCu3(OH)6BrF，橙色曲線代表一個(gè)Cu2+離子的投影態(tài)密度
（c）HSE06計(jì)算一個(gè)電子采用非化學(xué)摻雜進(jìn)入144個(gè)原子的超原胞中的態(tài)密度，橙色曲線代表通過(guò)摻雜所得Cu1+極化子的投影態(tài)密度
（d）最高占據(jù)態(tài)的極化子電荷密度（黃色）等值面
圖二 修正DFT得到的電子摻雜ZnCu3(OH)6BrF的態(tài)密度與電荷密度
（a，c）未修正的非化學(xué)法摻雜一個(gè)電子的ZnCu3(OH)6BrF的態(tài)密度費(fèi)米能級(jí)處的電荷密度
（b，d） 修正參數(shù)λe=2 eV的非化學(xué)法摻雜一個(gè)電子的ZnCu3(OH)6BrF的態(tài)密度和極化子最高占據(jù)態(tài)的電荷密度
圖三 修正參數(shù)對(duì)于電子摻雜
ZnCu3(OH)6BrF
效果的影響
（a）對(duì)于電子摻雜的ZnCu3(OH)6BrF，Cu的Cu-O鍵長(zhǎng)和磁矩與修正參數(shù)λe的函數(shù)關(guān)系
（b）Koopmans定理關(guān)于選取修正參數(shù)λe的函數(shù)關(guān)系
圖四 修正DFT在Nd
2
CuO
4
體系中的應(yīng)用
（a）在λe=2 eV、Nd2CuO4的電子摻雜濃度為12.5%時(shí)Cu和O（分別是橙色和藍(lán)色）的計(jì)算態(tài)密度（黑）和投影態(tài)密度
（b）最高占據(jù)態(tài)（EF以下）的電荷密度表明極化子重疊（綠色圈）
（c）沿著特定線的電荷密度，虛線表明1D電荷密度的最小值，對(duì)應(yīng)的極化子直徑為6.4 ?
【小結(jié)】
研究人員證明了一系列
展開(kāi) 圖3 CoRhMnZ（Z = Al，Ga，Ge和Si）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的總態(tài)密度和局域態(tài)密度
Song等人利用第一性原理研究了TiN薄膜的電子結(jié)構(gòu)，如圖4所示，能帶是由Studio Studio（MS）程序模擬的，并計(jì)算了總態(tài)密度（DOS）、介電函數(shù)、吸收和反射率。結(jié)果表明，費(fèi)米能（EF）通過(guò)能級(jí)分布密集的能帶，且總態(tài)密度與EF相交，表明TiN由Ti-3d態(tài)的電子學(xué)性質(zhì)決定了其具有類(lèi)金屬性質(zhì)[8]。
圖4 TiN薄膜的能帶結(jié)構(gòu)（a），全態(tài)密度（b）和局域態(tài)密度（c）
力學(xué)性能的計(jì)算
彈性常數(shù)Cij是描述材料力學(xué)性能的基本參數(shù)，它與基本固態(tài)現(xiàn)象密切相關(guān)，如原子間鍵合、狀態(tài)方程和聲子光譜等，也與比熱、熱膨脹、德拜溫度和Grüneisen參數(shù)等熱力學(xué)性質(zhì)相關(guān)。理論上，存在21個(gè)獨(dú)立的彈性常數(shù)Cij，但是立方晶體的對(duì)稱(chēng)性使這個(gè)數(shù)值僅減少到3（C11、C12和C44），通過(guò)彈性常數(shù)導(dǎo)出剪切模量G、楊氏模量E和泊松比n等，然后從平均聲速Vm估算德拜溫度：
式中，H是普朗克常數(shù)，KB是玻爾茲曼常數(shù)，Va是原子體積，Vm可以通過(guò)Navier方程中的剪切模量G和體積模量B獲得的縱向和橫向聲速vl和vt確定。
例如，Shuo Huang等人結(jié)合第一性原理確定了FeCrCoMnAlx（0.6≤≤1.5）高熵合金體心立方固溶體相在[001]方向的彈性參數(shù)和理想拉伸強(qiáng)度，結(jié)果如圖5所示。在所考慮的組成范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)bcc結(jié)構(gòu)具有比鐵磁和順磁狀態(tài)的fcc和hcp結(jié)構(gòu)更低的能量。
展開(kāi) 
態(tài)密度的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
態(tài)密度的最新內(nèi)容
QuantumATK材料建模應(yīng)用示例
電子屬性
功能
計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度(DOS)及其投影、聲子限制遷移率等
研究材料之間界面的電子結(jié)構(gòu)
仿真外電場(chǎng)中的電子表面態(tài)
預(yù)測(cè)有/無(wú)電場(chǎng)條件下的反應(yīng)機(jī)理
優(yōu)勢(shì)
在同一框架內(nèi)集成DFT-LCAO與DFT-PlaneWave代碼：靈活調(diào)整/測(cè)試速度與準(zhǔn)確性之間的權(quán)衡
提供包含電子-聲子耦合的先進(jìn)
使用VASP軟件計(jì)算MoS2電子性質(zhì)9個(gè)月前
圖3 單層MoS2分波投影態(tài)密度
為了更加詳細(xì)的分析的各個(gè)軌道的電子在能帶中的分布，可以通過(guò)計(jì)算MoS2各個(gè)原子的各個(gè)軌道對(duì)能帶的貢獻(xiàn)情況（球的大小表示貢獻(xiàn)權(quán)重）如圖4所示。Mo原子在界面處的雜化態(tài)最為顯著。從圖中可以看出MoS2的VBM和CBM主要來(lái)源于Mo原子的k點(diǎn)的和軌道，其次Mo原子的軌道G點(diǎn)也有著部分的電子貢獻(xiàn)，與態(tài)密度的計(jì)算結(jié)果一致。
(c) 展示了12個(gè)GSC類(lèi)別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集大小閾值分布，排除了Prionace屬，因?yàn)樗恼倩芈蕪奈催_(dá)到50%，曲線表示正態(tài)分布的密度。(d) 展示了9個(gè)SSCg類(lèi)別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集大小閾值分布，這些類(lèi)別的屬包含超過(guò)兩個(gè)物種。(e) 展示了所有SD組件的性能，包括SSCg模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差區(qū)間。(f) 展示了所有18個(gè)SSCg模型的準(zhǔn)確性分布。
例如，在微納結(jié)構(gòu)中，手性 BIC 的存在導(dǎo)致圓偏振光的局域態(tài)密度發(fā)生顯著變化，進(jìn)而產(chǎn)生具有強(qiáng)烈手性選擇性的光散射和吸收特性。
深入研究手性 BIC 的物理本質(zhì)，無(wú)論是對(duì)于完善我們對(duì)光-物質(zhì)相互作用基本原理的理解，還是對(duì)于開(kāi)發(fā)新型手性光學(xué)元件、手性量子光學(xué)體系以及高靈敏度手性檢測(cè)技術(shù)等應(yīng)用方向，都具有至關(guān)重要的意義。
1．用作陽(yáng)極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評(píng)估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評(píng)估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴(kuò)散系數(shù)。
4．評(píng)估溶解鋰鹽的溶劑的相對(duì)介電常數(shù)。
1．用作陽(yáng)極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評(píng)估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評(píng)估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴(kuò)散系數(shù)。
4．評(píng)估溶解鋰鹽的溶劑的相對(duì)介電常數(shù)。
塑化計(jì)量條件 - 熔膠計(jì)量估算 ( 需考慮熔膠熔融態(tài)密度)；塑化螺桿轉(zhuǎn)速(rpm)估算，熔膠料管內(nèi)滯留時(shí)間估算；塑化背壓設(shè)定值確認(rèn)實(shí)驗(yàn)熔膠塑化行程的科學(xué)理論估算與實(shí)際短射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
注塑充填條件 - 適當(dāng)注塑速度設(shè)定值的決定 (U 型曲線實(shí)驗(yàn) )，注塑充填短射實(shí)驗(yàn)，VP 切換點(diǎn)位置決定，多段射速設(shè)定的射速大小與切換位置點(diǎn)決定；模具各區(qū)域壓力損失實(shí)驗(yàn)；充填流動(dòng)平衡性實(shí)驗(yàn)。
某些含有籠形結(jié)構(gòu)的單體分子（圖 2）如巴基球、倍半硅氧烷、金剛烷等，在其龐大和松散的籠型結(jié)構(gòu)上的大量原子因處于局域熱振動(dòng)模式而顯著減少了參與分子鏈方向聲子熱振動(dòng)的原子數(shù)目，即聲子振動(dòng)的局域化效應(yīng)，雖然籠型結(jié)構(gòu)對(duì)分子熱容有貢獻(xiàn)，但因其上原子并不能有效參與沿聚合物主鏈方向的聲子熱傳遞，加之龐大籠形結(jié)構(gòu)和脂肪主鏈之間在聲子振動(dòng)密度態(tài)上的失配效應(yīng)明顯阻礙了主鏈方向的聲子傳遞，故含有籠形結(jié)構(gòu)的單體呈現(xiàn)出很低導(dǎo)熱
由于界面態(tài)密度不同，在接觸前CIGSe的費(fèi)米能級(jí)不同的情況下，CIGSe/后接觸結(jié)的能帶圖。a) φm大于CIGSe費(fèi)米能級(jí)時(shí)接觸的“積累”性質(zhì)。b) φm等于CIGSe費(fèi)米能級(jí)時(shí)觸點(diǎn)的“中性”性質(zhì)。c) φm小于CIGSe費(fèi)米能級(jí)時(shí)觸點(diǎn)的“耗竭”性質(zhì)。
圖4.
(a) θ = 1.08?和(b) θ = 5?時(shí)AA, AB和SP堆疊區(qū)原子的聲子態(tài)密度。
圖6.聲子平均自由路徑作為頻率的函數(shù)θ = 0?，0.5?，1.08?，5?，10?和30?。
