涵盖多种功能，龙讯旷腾Module第二期：电子结构及声子计算

news2024/11/16 3:32:15

Module是什么

在PWmat的基础功能上，我们针对用户的使用需求开发了一些顶层模块（Module）。这些Module中的一部分是与已有的优秀工具的接口，一部分是以PWmat的计算结果为基础得到实际需要的物理量，一部分则是为特定的计算需求而设计的计算流程。这些Module涵盖了物质结构、基础性质、针对大体系的计算以及机器学习力场等，功能全面、操作方便。今天聊聊Module之电子结构及声子计算。

Part.1 电子结构

1. Band alignment：计算能带的带阶（异质结中非常重要的光电性质参数）

该模块用于计算半导体异质结的能带对齐。两个半导体接触形成界面结构时，由于带隙不同，在两侧材料的VBM和CBM处会本别形成不连续的台阶（band offset）。根据VBM和CBM处的能带的相对位置，可以将异质结划分成不同的种类，而这对异质结的性质有着重要的意义。例如，第一类异质结可以更有效的束缚电子/空穴对，从而可以有效减少漏电，更适合作为电子器件；第二类异质结可以有效减少电子/空穴复合，提高光催化效率。实验测得的能带对齐值，与生长条件、晶格应力等有很强的关联，很难直接对不同异质结的分类提供稳定的标准。因此，需要从理论计算的角度准确获得能带对齐的信息，这对异质结制造有着重要的指导意义。

以上方法，可引入HSE，WKM和GW等修正。

2. BANDUP: 计算能带反折叠

该模块介绍如何使用软件bandup对超胞的能带结果进行反折叠，以获得单胞的能带结构。

以上方法，可用于惯胞折叠回原胞，超胞折叠回单胞，解决超胞算缺陷/吸附引起的能带折叠，支持自旋极化的计算。

3. PDOS&fatband structure: 部分原子的投影态密度/能带

该模块用于介绍如何使用PWmat来计算投影态密度、不同原子对态密度的贡献以及fatband结构。

以上方法，可用于辅助分析成键/反键，拓扑绝缘体中的能带反转来源等；辅助分析晶体场劈裂，磁矩来源，磁交换机制等。

4. WKM: Wannier Koopmans method修正带隙

该模块主要介绍如何利用Wannier-Koopmans方法（WKM）基于Koopmans定理计算电子结构。LDA计算的一些测试已经应用于常见的共价半导体、离子晶体和有机晶体。带隙结果与实验结果吻合良好。(使用WKM方法计算电子结构，对普通共价半导体，离子晶体和有机晶体都有很好的效果，对含d电子的体系还需要优化）。

以上方法，修正了自相互作用误差，解决了DFT低估基本带隙的问题；计算量远小于GW；目前对含有d电子的开壳层的体系还需要优化。

5. Get U value: 使用线性响应理论获得DFT+U的U值

该模块用于介绍如何使用PWmat来获得LDA+U中的U值。（利用线性响应方法估算U值，相比传统取大量U值凑实验数据的方法更加地科学）。

以上方法，针对窄带体系的在位库仑能修正；在计算开壳层的带隙时，有概率优于WKM；U本身不代表自相互作用修正，但是在这个框架下，它的作用接近HSE；加U不等于算磁性，加U不等于有带隙。

6. Wannier band interpolation：计算少量的本征值就能得到致密的k点本征值

Wannier带插值（WBI）是一种基于紧束缚近似和Wannier函数的带结构插值方法，只需要少量的DFT计算获得一些初始的k点的本征值，就能通过插值得到致密k点的本征值。对计算费米面，计算输运性质等都有重要作用。（基于紧束缚近似和瓦尼尔函数的插值方法，利用少量DFT计算就可以扩展得到任意的K点特征值，可以高效计算能带）。

以上方法，与Wannier接口生成MLWF；实空间MLWF对应离散的倒空间波函数。

7. High accurate k-point interpolation：计算少量的本征值就能得到致密的k点本征值

该模块介绍了一种新的二阶k点插值方案。它可以用来绘制带状结构。但它也可以用于布里渊区上的其他k点积分方案。与以前的interp_absorption和interp_DOS方法相比，这种方法更准确。但它也更贵。未来可能需要使用GPU进行改进。它可以用于任何哈密顿量，例如DFT+U或HSE等。（一种新的二阶插值方法，与之前的方法相比，这种插值方法更精确，适用范围更广，计算量也更大）。