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关注:光学性质,从实验到计算

已有 11748 次阅读 2015-11-21 11:11 |个人分类:光学性质|系统分类:科研笔记

关注:

1)  什么是光学性质? 反射、 折射、透射

   复介电函数、复光电导率、能量损失函数、反射谱、吸收谱等

2)  光学性质的实验测定-PPMS、

3)  光学性质的理论计算

4)  光与材料的相互作用


题记: 因审稿文章中涉及部分光学性质的计算,因此关注之,“审作相长”,与作者一块进步。


手册参考:

http://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/Dielectric_properties_of_SiC

 

书籍:

Optical properties of solids

      本书介绍了固体中光学性质的处理方法,介绍了多种材料(如晶体绝缘体.半导体,玻璃,金属以及分子材料)中光的吸收、反射、荧光和散射的基本原理,本书合理的应用了经典和量子的模型,并且用最近的实验数据解释了一些光学现象。本书最大的特点是包含了最近才发展起来的一些新的研究领域,之前的同类教材中都没有涉及这些领域,如半导体量子阱、有机半导体、电子振动固态激光以及非线性光学。
本书主要面向物理学专业,也适用于电子工程、材料科学和物理化学专业,本书深入浅出,便于学习,附有例题、习题和章节总结。
      本书作者是谢菲尔德大学物理与天文系的Mark Fox。

http://emuch.net/html/201201/4036666.html


摘录学习:

http://emuch.net/html/201109/3587014.html

 

MS计算选择optical properties 算出来分析得到的几个图是代表什么性质呢?


复介电函数、复光电导率、能量损失函数、反射谱、吸收谱等


   吸收谱:function选择absorption,units选择nm就可以;



http://emuch.net/html/201109/3613859.html

关于Si光学性质的计算


总结一下计算光学性质,欢迎大家进来交流


1.优化后DFT计算


INCAR
SYSTEM = Si-Diamond
ENCUT = 400
ISTART = 0
ICHARG = 2
PREC = Accurate
NSW = 200
IBRION = 2
ISIF = 2
EDIFF = 0.00001
EDIFFG = -0.001
LRPA = FALSE
LCORR = TRUE
IALGO = 48
LWAVE = TRUE
ISPIN = 2


KPOINTS
Automatic mesh
0
M
9   9   9
0   0   0


POSCAR
Si-Diamond:                            
   5.46900000000000    
     0.0000000000000000    0.5000000000000000    0.5000000000000000
     0.5000000000000000    0.0000000000000000    0.5000000000000000
     0.5000000000000000    0.5000000000000000    0.0000000000000000
   Si
   2
Direct
  0.8750000000000000  0.8750000000000000  0.8750000000000000
  0.1250000000000000  0.1250000000000000  0.1250000000000000

  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00


计算
2.HSE06


INCAR
SYSTEM = Si-Diamond
ENCUT = 400
ISTART = 1
ICHARG = 2
PREC = Accurate
NSW = 0
IBRION = -1
ISIF = 2
EDIFF = 0.00001
EDIFFG = -0.01
LRPA = FALSE
NPAR = 4
IALGO = 48
LHFCALC = TRUE
HFSCREEN = 0.2
ALGO = All
TIME = 0.4
ENCUTFOCK = 0
PRECFOCK = Fast
ISPIN = 2


其他文件不变从DFT中全部拷贝


vasp计算


3.optical
INCAR
SYSTEM = Si-Diamond
ENCUT = 400
ISTART = 1
ICHARG = 2
ISMEAR = -5
PREC = Accurate
NSW = 0
IBRION = -1
ISIF = 2
EDIFF = 0.00001
EDIFFG = -0.01
LRPA = FALSE
IALGO = 48
NBANDS = 24
NPAR = 1
CSHIFT = 0.1
LNABLA = .FALSE.
LEPSILON = .FALSE.
LRPA = .TRUE.              
LREAL = .FALSE.
LWAVE = .FALSE.  
LCHARG = .FALSE.
LOPTICS = TRUE
NBANDS增加到2-3倍,k点增加



KPOINTS
Automatic mesh
0
M
11   11   11
0     0     0


其他不变从HSE中全部拷贝
计算
从COTCAR中对出介电函数作图如下






欢迎大家加入讨论,给意见
另外谁又计算过金属的光学性质,大家交流下

此论坛有人讨论过vasp对金属的光学性质的计算。vasp里面还没有考虑带内的跃迁。台大的郭光宇老师他的组在对vasp的光学性质进行了一些扩展,对CNT的光学性质做了广泛的计算。你可在PRB上找找他的文章,看一下里面的处理方法。

很好的帖子啊。
楼主计算光学的过程基本上是:先结构优化,再用HSE06静态计算,最后用静态计算的波函数及电荷密度进行光学计算。


我有几处小疑问想问一下,
1,第二部分静态计算时,ALGO=All,和IALGO=48有没有冲突?在vasp说明中,ALGO=All和IALGO=58好像是一起使用的。
2,楼主不用HSE06只用PBE计算过吗?结果如何?
2,楼主最后光学计算中LRPA设置了两个不同的值;:D

liliangfang(站内联系TA)

不好意思,这是个问题,当初发帖的时候没检查,我已经在另外一个帖子中更正了,两种我都试过,还是HSE好多了,带隙有修正。另外我一直尝试GW,当时在计算能带的时候一直出问题,所以后面光学的也就没进行,不知道版主有没有用过GW


VASP光学性质计算步骤

http://emuch.net/html/201309/6396271.html



VASP中算光学性质(实际上是算介电张量)有多种方法,最常用的RPA方法需要一定数目的空带以便考虑可能的跃迁。
我不知道VASP静态计算时考虑多少空带,如果仅考虑满带肯定不行。另外,空带数和K点密集度都是重要的收敛参数,因此必须考虑空带。
VASP算RPA时有一个参数NBANDS以指定总带数,因此只需要在这里指定空带而不需要另外进行能带计算。
附RPA计算INCAR:
Job control:
SYSTEM  = Pristine Graphene
PREC    = Normal
System information:
ISYM    = 2
ISPIN   = 1
GGA     = pe
ISMEAR  = 0
SIGMA   = 0.01
ENCUT   = 400
NBANDS  = 48
Electrons:
LREAL   = .FALSE.
Ions:
NSW     = 0
IBRION  = -1
Optics:
PRECFOCK  = Normal
ALGO      = CHI
LRPA      = .TRUE.
LSPECTRAL = .FALSE.
OMEGAMAX  = 10.0
OMEGATL   = 20.0
NOMEGA    = 540
最后生成的数据好像在vasprun.xml里。



http://emuch.net/html/201201/3990683.html

目前,在第一性原理计算板块关于光学性质计算和杂化泛函计算的帖子少之又少,有些虫友们希望对于这方面计算的知识深入了解。基于此,我们开设此贴供大家就在这方面一起讨论、相互学习。
首先,关于之前和WDD880227发的帖子http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3986091&fpage=1
在这里就一些问题和大家交流,希望和大家共同学习


问 : vasp4.6可以计算光学性质吗?
A :可以,需要用pgi编译vasp及optics处理程序。


问: pgi在哪里下载?
A :可以到其官网下载,可以免费试用15天,同一台机器在6个月内只可领取一次试用15天的licence,续费可以试用。


问: vasp4.6计算光学性质如何设置参数?
答 :设置LOPTICS=T,计算完成得到OPTIC



问 :如何处理OPTIC文件?
答 :用编译好的optics处理


问:VASP5.2如何设置计算关系性质?
答:vasp说明里面有参数设置说明,有虫友已经翻译
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2592318

 
问: 介电函数与光学性质的关系?
答: 一些计算关系性质的文献里面有,另外MS的说明书里有介电常数的实部和虚部得到吸收谱和反射谱等的公式。参考http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3029283



在INCAR中加上
LOPTICS = .TRUE.
NBANDS = 1200 (足够的空带)
输出文件中没有 OPTIC文件。

设置了LDOS = T
LJDOS = T也得不到JDOS 和EPS。

 

 
问:K点设置问?
答:在计算关系性质这一步可以设置k点为HSE或者DFT计算的2-3倍,保证收敛


问: NBANDS设置问题?
答: NBANDS大概设置为默认值的2~3倍。


问:NPAR的设置?
答: NPAR设置为1,按能带依次计算。


问: VASP进行DFT+HF计算中遇到用line-mode方法设置KPOINTS文件进行能带计算,会提示有两个K点(经分析是GAMMA点)位置重合,HF拒绝计算。
答: 在DFT+HF 中,计算能带结构不能用Line-mode 模式,应该如下操作:
1.先用HSE06/PBE0/B3LYP 自洽计算,得到自洽的WAVECAR ,
2.调用自洽的WAVECAR ,拷贝自洽的IBZKPT 为KPOINTS, 然后在这个文件KPOINTS 后面加上高对称的点,标注这些点的权重为0,
然后更新KPOINTS 中点的数目,注意ICHARG 不能设置为11 应设置为ICHARG =2 ,IBRION =1 ,NELMIN =5 or 其他值,重新做一次非自洽的计算。得到能带数据,仅取高对称的点做能带图,即可。可参看http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3723568  



问: VASP5.2杂化泛函用什么POTCAR?
答:  要用GGA=B3或者PS 在INCAR中要设置GGA=B3或者GGA=PS将POTCAR 中的LEXCH =PBE 改成LEXCH =B3或者。hybrid functional的计算,E_xc = E_x + E_c,E_x部分考虑少量的Fock交换项(Fock交换项是exact exchange part),而剩下的其他由LDA或GGA里面的E_x和E_c来采用。现在采用比较广的方案:B3LYP, PBE0, HSE03或HSE06。HSE03和HSE06都是基于PBE之上加入少量的Fock exchange的。因此在做这类的hybrid functional时,需采用PBE的potential。



问 :VASP5.2杂化泛函计算速度如何?
答: hybrid functional is about 20 times slower than GGA



问:加上spin-polarization,HSE计算出来的杂质的缺陷转变能级怎么变化?这样变化的物理来源? 答:加上spin-polarization,计算的杂质缺陷转变能级比不加计算的结果高。希望大家来一起讨论这样变化的物理来源。



以下链接有关光学性质计算的各种问题的链接:
计算结果比较及带隙修正
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2893292
计算中的参数设置问题
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3675475
讨论4.6计算结果的处理
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1475470
讨论对介电函数的处理
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2037690
关于计算过程k设置讨论
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2664751
光学性质计算实例
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3753879
光学计算中加入scissor operation
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3836428
赝势选择的讨论
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2121912
介电函数的处理讨论
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=3623104
当然个人的力量是有限的,希望大家一起参与进来!
大家可以就一下方面做一些问答活动:
1.        计算光学性质方面:包括理论知识、计算参数设置、就算效率、计算实例分析、计算结果分析及在计算过程中遇到问题
2.        杂化泛函方面:包括理论知识、计算参数设置、使用范围,计算实例、在计算过程中遇到问题及计算的心得体会
这里说明一下参与方法:大家在跟贴中标明,回答问题的人,要标注,需要在回答问题的时候引用问题楼层。


14楼: Originally posted by liliangfang at 2012-04-13 10:21:55:
算光学要按能带依次计算
在GW近似计算需设置LOPTICS=.TRUE. 用以计算介电函数,构造GW近似中的W《屏蔽库伦势》,但是不要求NPAR=1, OUTCAR中也有介电函数的虚部与实部值。
在HF计算时候,若设置NPAR=1则有警告:
     HF is only implemented for NPAR=number of nodes.                       |
   Otherwise communication between nodes would be required during the   calculation of the exchange potential, which would be utterly slow.
不过 在用vasp4.6中 NPAR=1的设置是必须的。
另外请教:怎样提高OUTCAR里的DIELCTRIC  FUNCTIONS中的能量密度呢? 除了NEDOS, 还有别的方法没?  我看手册还没查到。








 

http://emuch.net/html/201309/6396271.html

 

【重点讨论帖】vasp处理f电子体系
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1953056&fpage=1
【重点讨论】关于vasp5.2计算光学性质的问题
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=2037690&fpage=1
About MS
1、【重点讨论帖】castep 如何设置FM和AFM
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1703336&fpage=1
2、【重点讨论】Castep中的Empty Band的用处和设置
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1744052&fpage=1
3、【重点讨论】一个氧空位表面charge是不是要设为2
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1749642&fpage=1
4、【重点讨论帖】如何将两种结构整合在一起
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1849550&fpage=1
5、【重点讨论】掺杂原子化合价怎么确定
http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1942922&fpage=1 






http://blog.sciencenet.cn/blog-567091-937098.html

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