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关注:电荷密度计算及图形化处理,电声耦合常数计算

已有 15526 次阅读 2016-6-3 21:27 |个人分类:电子结构计算|系统分类:科研笔记|关键词:学者

关注:

1) 电荷密度计算及图形化处理;

2) 电声耦合常数计算;

3) Raman光谱计算与分析



题记:好久没碰过计算了,一篇稿子搁置了一年,是时候重新拿起来了,希望两周内能完成;这段时间希望在朋友们的帮助下,着力解决上述三个问题



参考资料:

(一)若干问题

http://muchong.com/html/201404/7329137.html



1、请问价电子密度等值面图与电荷密度图的区别?
电子密度等值面图是电荷密度图的一种表达方式,但通常来说喜欢用差分电荷密度表示
    电荷密度的分布是三维空间上的,所以通常是表征某一个平面上的电荷密度或是差分电荷密度的分布
这样图像就会呈现x,y为想表征的平面坐标,用等值面表征电荷分布


2、VASP怎么做出价电子密度等值面图?
     可以用VESTA沿想要观测的表面表征


3、分析电学性质原理一般有哪些方法?


     通常是态密度,差分电荷密度,能带结构。



   差分电荷密度通常是用来分析在体系得失电子的问题,比如说做掺杂,或是其他点缺陷,通常对比形成缺陷前后的差分电荷密度讨论缺陷对电荷转移的影响,进而讨论对体系稳定性影响
   至于颜色就是表示了电荷聚集或偏离的程度


(二)、VASP计算PartialPartial charge density  

http://blog.sciencenet.cn/blog-1346841-788167.html

转自: http://valenhou.blog.edu.cn/2005/133247.html

   Partial charge density计算或称为Band decomposed charge density计算,即计算特定的某个(或某些)k点和本征值(这些k点和本征值是相互对应的)所对应的本征波函数的平方(也就是电荷密度)。特别是用在 STM的计算中,以及分析特定能量范围内或能量点的化学键特征(或atomic characteristic)。

下面以计算金刚石结构Si(晶格常数为5.40 angstrom)的VBM(价带顶)为例:
一、先自洽计算得到收敛的电荷密度(CHGCAR和CHG)和波函数(W***ECAR).
%%%%%%%%%%%%%%%%%%
INCAR输入文件如下:
SYSTEM = Si
ENCUT = 400
ISTART = 0
ICHARG = 2
ISMEAR = -5
EDIFF = 1E-5
PREC = Accurate
%%%%%%%%%%%%%%%%%%
KPOINTS输入文件:
auto
0
M
11  11   11
0.0  0.0  0.0
%%%%%%%%%%%%%%%%%%
二、Gamma点的第4条能带(Si的价态顶在Gamma点,且Si原胞中的总价电子数是8)的Band decomposed charge density计算:
%%%%%%%%%%%%%%%%%%
INCAR输入文件如下:
SYSTEM = Si
ENCUT = 400
#ISTART = 1
#ICHARG = 11
ISMEAR = 0; SIGMA = 0.2
EDIFF = 1E-5
PREC = Accurate
#LW***E = .F.
#LCHARG = .F.
LPARD =.TRUE.
IBAND = 4
NBMOD = 1
KPUSE = 1
LSEPB=.TRUE.
LSEPK=.TRUE.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
KPOINTS输入文件如下:
k-points along high symmetry lines
1
Reciprocal
 0.000000  0.000000  0.000000  1.00
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
这一步计算时,记得把前面一步计算得到的收敛的电荷密度文件CHGCAR和CHG,以及波函数文件(W***ECAR)拷贝到当前的计算目录中。

计算完后得到PARCHG.0004.0001,这个就是第四条能带在Gamma点对应的电荷密度文件。下面的图是根据这个文件画出在(110)面分布情况(等高线从0 e/A^3到0.215 e/A^3,间隔为0.01 e/A^3):


(三)、VASP电荷密度差的计算

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=240700&do=blog&id=225923



     在文献中,经常见到利用电荷密度差(charge density difference)来分析成键的过程或是结构弛豫前后电荷的转移,当然,也有人用来分析基态和激发态的电荷分布差别等情况。不过,尽管似乎都叫“电荷密度差”,但具体的定义是不大一样的。

 这里主要是讨论在VASP中如何得到用来分析成键前后电荷转移的电荷密度差。
 此时电荷密度差定义为:

  delta_RHO = RHO_sc - RHO_atom

 其中 RHO_sc 为自洽的面电荷密度,而 RHO_atom 为相应的非自洽的面电荷密度,是由理想的原子周围电荷分布堆彻得到的,即为原子电荷密度的叠加(a superposition of atomic charge densities)。

 不同晶面的 RHO_sc 可由自洽计算的CHG或CHGCAR得到;


 而计算 RHO_atom 所需的 CHG 或 CHGCAR 可由下述非自洽计算得到:
 仍使用原来自洽计算时的四个输入文件,但INCAR中需要设置 ICHARG=12 和 NELM=0,其他设置不变



【设置ICHARG=12,产生原子的电荷密度,见手册介绍:

ICHARG=12:   Non-selfconsistent calculations for a superposition 【重叠/ 叠加】of atomic charge densities.  This is in the spirit of the  non-selfconsistent Harris-Foulkes functional.  】
 需要特别注意的,应保持前后两次计算(自洽和非自洽)中的 FFT-mesh 一致。因为,只有维数一样,我们才能对两个RHO作相应的矩阵相减。不过,只要按上一段提到的设置方法做就行了,无须特别增加别的设置。

 数据处理:
 矩阵相减:使用MatLab或是自已写个小程序。
 作图:Origin 或 MatLab。  

可以利用免费软件VESTA 直接得到三维图,lev00也行。
原文地址 http://new.quantumchemistry.net/Experience/CommonSoftwares/VASP/ConcereteExample/200512/91.html


(四)、如何用VASP计算单个原子的能量[权威版]

http://blog.sciencenet.cn/blog-240700-225928.html


这是VASP作者给出的解答,所以算是权威了.原文如下:

  The energy zero
  ..
  in VASP all energies are referred to the the reference state for which
  the potential was generated!
  this is in most cases not the real groundstate of the atom
  ..
  to determined the energy of the grounstate of the atom place the atom
  in a larger non cubic box to break initial symmetry (i.e.
  11Ax10Ax9A)
  use the G point only
  INCAR:
  ISPIN = 2 ! spin polarized
  ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.2 ! for small sigma conv. for TM is diff.
  MAGMOM = 2 ! initial magnetic moment
  one should use the energy value energy without entropy of the OUTCAR file
  since this coverges most rapidly to the correct energy for sigma 0
  ..
   
   Ecoh=E_total-n*Eatom

  大约翻译如下:
  在VASP中,所有的能量是相对于产生赝势的组态来说的,所以并不能将计算得到的能量当成真正的原子的基态能量。

  为了得到原子的基态能量,将原子放在一个非正方体的晶格内,比如说11Ax10Ax9A的晶格(这样做是为了消除简并)。
  KPOINTS只用G撒点
  大概的INCAR文件可以如下:
  ISPIN = 2 ! spin polarized
  ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.2 ! for small sigma conv. for TM is diff.
  MAGMOM = 2 ! initial magnetic moment

  计算结束后,应该用OUTCAR中不含entropy的那一项能量,因为它通常更快的收敛到sigma=0的正确值。最后计算结合能的公式应该为
   
   Ecoh=E_total-n*Eatom
 

 
 原文地址 http://new.quantumchemistry.net/Experience/CommonSoftwares/VASP/ConcereteExample/200512/250.html  


(五)、差分电荷密度图 vasp

http://blog.sina.com.cn/s/blog_6a8a6ba40100rsyp.html

VASP与电荷密度差
   一般分为:差分电荷密度图(deformation charge density),二次差分电荷密度图(difference charge density)
两者的区别有很多种说法,其中一种定义认为:
     差分电荷定义为成键后的电荷密度与
对应的点的原子电荷密度之差。通过差分电荷密度的计算和分析,可以清楚地得到在成键和成键电子耦合过程中的电荷移动以及成键极化方向等性质。
     “二次”是指同一个体系化学成分或者几何构型改变之后电荷的重新分布。
如何做对电荷密度做差,目前有两个版本的公式:
     <img title="差分电荷密度图 vasp" alt="差分电荷密度图 vasp" border="0" real_src="http://pic.emuch.net/201006/13/340411_2010613103823.png" src="undefined" />
  个人认为公式(1)和差分电荷密度的定义比较吻合,但是这种方法会产生很多干扰信息,而文献中常用的是公式(2)。

如何用VASP做电荷密度差图?
①        对优化后的结构做静态自洽计算
要注意的是,AB、A和B要分别放在同样大小的空间格子中并保证A和B与AB中相应坐标不变,计算时也要保证三次自洽计算所采用的FFT mesh 一致(NGXF,NGYF,NGZF)。
       INCAR中几个注意的参数:
         IBRION = -1;NSW = 0;
         NGXF,NGYF,NGZF
②        做差
    将第一步得到的三个CHGCAR文件依次命名为CHGCAR1、CHGCAR2、CHGCAR3,采用脚本程序按照公式②对三个文件做差,得到CHGdiff文件。
③        视图
  3D显示可以将得到的CHGdiff文件添加vasp后缀(CHGdiff.vasp),用VESTA读取,另外VESTA也可以做2D切面,缺点是没有标度。
     2D的显示也可以用lev00去做切面,然后用origin作图,得到的2D面电荷密度差带有标度便于分析(具体做法可参阅lev00说明书)。
④        以CO为例
图1左图是CO的电荷密度差黄色部分表示电荷密度增加,蓝色表示电荷密度减少,右图是Gaussian模拟的CO的HOMO和LUMO轨道,可以看出黄色部分对应HOMO,蓝色部分对应LUMO。
图2 是用lev00切面,origin做图得到的CO二维图示。
<img title="差分电荷密度图 vasp" alt="差分电荷密度图 vasp" border="0" real_src="http://pic.emuch.net/201006/13/340411_2010613102914.png" src="undefined" />
图1
<img title="差分电荷密度图 vasp" alt="差分电荷密度图 vasp" border="0" real_src="http://pic.emuch.net/201006/13/340411_2010613102956.jpg" src="undefined" />
图2
<img title="差分电荷密度图 vasp" alt="差分电荷密度图 vasp" border="0" real_src="http://pic.emuch.net/201006/13/340411_2010613103508.png" src="undefined" />
图3




参数说明:

ICHARG=12 和 NELM=0


ICHARG



NELM gives the maximum number of electronic SC (selfconsistency)  steps which may be performed. Normally, there is no need to change the default value: (NELM=60)



ICHARG

ICHARG = 2 if ISTART=0
                = 0 else


This flag determines how to construct the 'initial' charge density.


1

Read the charge density from file CHGCAR , and extrapolate from the old positions (on CHCGAR) to the new positions using a linear combination of atomic charge densities.

2

Take superposition of atomic charge densities


ICHARG=12:   Non-selfconsistent calculations for a superposition 【重叠/ 叠加】of atomic charge densities.  This is in the spirit of the  non-selfconsistent Harris-Foulkes functional.   The stress and the forces calculated by VASP are correct, and it is absolutely possible to perform an ab-initio MD for the  non-selfconsistent Harris-Foulkes functional  (see section 7.3).
If ICHARG is set to 11 or 12, it is strongly recommened to set LMAXMIX to twice the maximum l-quantum number in the pseudpotentials. Thus for s and p elements LMAXMIX should be set to 2, for d elements LMAXMIX should be set to 4, and for f elements  LMAXMIX should be set to 6 (see section 6.



NSW

Default:    
NSW = 0  【自洽与优化即体现在NSW的数值上】

NSW sets the maximum number of ionic steps.

Mind: Within each ionic step at most NELM electronic-SC loops are  performed unless the EDIFF convergence criterium is matched before. Exact Hellmann-Feynman forces and stresses are calculated for each ionic step.






https://m.sciencenet.cn/blog-567091-982277.html

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