态密度计算应用案例:石墨烯二维材料VASP计算全流程(结构优化+数据处理)解析

态密度Density of States,DOS)是凝聚态物理、材料科学和量子力学中的一个重要概念,用于描述系统中能量间隔内的微观状态数。它在计算材料的电子结构、热力学性质、光学性质等方面具有重要意义。华算科技朱老师详细介绍二维材料石墨烯态密度流程和数据处理方法

结构优化

首先通过晶体结构数据库下载层状材料石墨的cif文件,并生成POSCAR文件,然后去掉一层C原子,得到石墨烯结构,如下图所示。

态密度计算应用案例:石墨烯二维材料VASP计算全流程(结构优化+数据处理)解析
态密度计算应用案例:石墨烯二维材料VASP计算全流程(结构优化+数据处理)解析

然后编写结构优化的INCARKPOINTS文件。

INCAR文件:

ISTART=0 #随机产生初始波函数

ICHARG=2  #从原子电荷密度产生体系初始电荷密度

PREC=M   #计算精度为Medium

ISPIN=1    #关闭自旋极化

ALGO=N  #DAV算法优化电子波函数

NELM=60   #电子波函数最多计算60

EDIFF=1E-5  #电子波函数能量收敛标准1E-5eV

ENCUT=400  #平面波截断能400eV

IVDW=11   #考虑范德华力修正

IBRION=2   #共轭梯度法优化晶体结构和原子坐标

NSW=100   #晶体结构和原子坐标优化步数最大100

ISIF=3   #优化原子坐标和晶体结构

EDIFFG=-0.1  #原子残余力小于0.1eV/A

ISMEAR=0   #费米能级附近电子占据数为高斯分布

SIGMA=0.1  #高斯分布展宽0.1eV

KPOINTS文件:

Automatic generation#注释行

0  #自动产生K点网格

G #布里渊区K点网格以Gamma点为中心

6 6 1 #K点网格密度

0 0 0  #K点网格中心平移矢量

自洽计算

完成结构优化计算后,保持KPOINTSPOTCAR文件不变,将CONTCAR文件复制成POSCAR文件,并对结构优化的INCAR文件作如下修改:

IBRION=-1#固定结构和原子位置保持不变

NSW=0#仅作一步自洽计算

非自洽计算

完成自洽计算后,保持KPOINTSPOTCARPOSCAR文件不变,将自洽计算的CHGCARWAVECAR保留下来,并对自洽计算的INCAR文件作如下修改:

ISTART=1#读取波函数

ICHARG=11#读取电荷密度且保持不变

NEDOS=1000#态密度取点个数为1000

LORBIT=10#开启原子轨道分态密度投影

数据处理

完成态密度计算后,下载DOSCAR文件,并用vaspview软件打开,可获得总态密度,分态密度等重要信息

态密度计算应用案例:石墨烯二维材料VASP计算全流程(结构优化+数据处理)解析

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