能带结构计算详细步骤解析 :VASP软件操作(结构优化/自洽计算/数据处理)全流程

能带结构(band structure)是凝聚态物理、材料科学和量子力学中的一个重要概念,用于描述系统中电子能量和动量之间的关系。它在计算材料的电子结构、学性质催化性质等方面具有重要意义。华算科技详细介绍能带结构计算步骤和数据处理方法

结构优化

以VASP软件为例,首先通过晶体结构数据库下载材料的cif文件,或者在此基础上构建一些特殊模型,比如二维结构,异质结构,团簇颗粒等模型,并生成POSCAR文件,并根据元素顺序构建POTCAR文件,然后编写结构优化的INCAR和KPOINTS文件。准备好这四个文件后即可开始结构优化计算。
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=2    #考虑自旋极化
ALGO=N  #DAV算法优化电子波函数
NELM=100   #电子波函数最多计算100步
EDIFF=1E-4  #电子波函数能量收敛标准1E-4 eV 
ENCUT=400  #平面波截断能400 eV
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=200   #晶体结构和原子坐标优化步数最大200步
ISIF=3   #优化原子坐标和晶体结构
EDIFFG=-0.1  #原子残余力小于0.1 eV/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0.1 eV
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
2 6 6  #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KPOINTS,POTCAR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POTCAR,POSCAR文件不变,将自洽计算的CHGCAR,WAVECAR保留下来,并对自洽计算的INCAR和KPOINTS文件作如下修改:
INCAR文件:
ISTART=1  #读取波函数
ICHARG=11  #读取电荷密度且保持不变
KPOINTS文件:
k-points along high symmetry lines   #注释行
10  #高对称性K点间插值点个数
Line-mode  #直线模式
Reciprocal  #倒空间模式
0 0 0  #高对称性K点1
0.5 0.5 0 #高对称性K点2
0.5 0.5 0 #高对称性K点2
0.5 0.75 0.25 #高对称性K点3
….

数据处理

完成能带结构计算后,下载OUTCAR文件,并用vaspview软件打开,可获得不同自旋方向的能带结构图和带隙信息。
能带结构计算详细步骤解析 :VASP软件操作(结构优化/自洽计算/数据处理)全流程
能带结构计算详细步骤解析 :VASP软件操作(结构优化/自洽计算/数据处理)全流程
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