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[转载]【转载】Partial Charge Density

已有 552 次阅读 2015-11-28 19:11 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

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):


最后对下面的几个关键词进行解释:
LPARD:可赋予的值为.TRUE.或.FALSE.,它的默认值是.FALSE.,当为.TRUE.时,表示读入自洽收敛的CHGCAR和W***ECAR并进行Band decomposed charge density计算。

IBAND:它的赋值就是你想要计算的第几条能带或哪几条能带(比如要计算第4、5、6条能带,那么就设置IBAND = 4 5 6)。此时NBMOD的值就是所要计算的能带的条数(本例中,只计算一条能带,那么设置为1)。它和EINT不能一起用。

EINT:另一种指定所要计算能带的方式,它是指定计算某能量范围的Band decomposed charge density,一般是设置为两个实数,比如EINT= 4.00 5.00,此时
NBOMD的值设置为-2。如果只设置了一个数,那么表示计算从EINT到费米能级这个范围内的,此时NBOMD的值为-3.

NBOMD: 它的某些赋值情况在前面有介绍,下面补充:当设置0时,表示计算全部的电荷密度(并包括了未占据的能带);如果设置-1,就是通常的电荷密度计算,这也是它的默认值。

KPUSE:指定所要计算的k点(哪个或哪几个),比如本例中,要计算一个,并相应的在KPOINTS设置所要计算的k点。如果要计算好几个,那么设置KPUSE的值为这些k点在KPOINTS中的序号。

LSEPB:指定是不是要把计算的partial charge density按每个带分别写到各自对应的文件PARCHG.nb.$.star$(设置为.TRUE.)中,还是把它们合并写到一个文件中(相当于把各个带对应的partial charge density加起来,设置为.FALSE.)。默认值为.FALSE.。

LSEPK:指定是不是把要计算的partial charge density按每个k分别写到各自对应的文件PARCHG.nk.$.star$(设置为.TRUE.)中,还是把它们合并写到一个文件中(相当于把各个带对应的partial charge density加起来,设置为.FALSE.)。默认值为.FALSE.。

用VASP进行Partial Charge分析实例
在这篇文章中,我将首先介绍Partial Charge的概念,以及如何用VASP具体的计算Partial Charge。首先,所谓的Partial Charge是针对与Total Charge来说的,指的是某个能量范围、某个K点或者某个特定的态所对应的电荷密度。在文献中最常见的是价带顶部,导带底部,表面态或者局域态所对应的Partial Charge。通过分析这些态所对应的Partial Charge,可以得到体系的一些性质,比如局域态具体的是局域在哪个原子上等。我将通过具体的例子说明如何用VASP进行Partial Charge Analysis。
进行Partial Charge Analysis的第一步是进行自洽的计算,得到体系的电子结构。这一步的计算采用通常的INCAR和KPOINTS文件。在自洽计算结束后,我们需要保存WAVECAR文件。(通过在INCAR文件中设置LWAVE=TRUE实现)在这个例子中,假设我们需要计算一个硅纳米线的导带和价带的Partial Charge。

第二步是画出能带结构,以决定你需要画哪条能带的那个K点的态所对应的Partial Charge。关于具体如何用VASP画能带,请参见用VASP4.6计算晶体硅能带实例一文。


画能带时有些小技巧。你可以用一些支持列模块的编辑器,如UltraEdit,将OUTCAR里的各个K点所对应的本征值粘贴到Origin中。这一步完成后,在Origin中做一个矩阵转置,然后将K点坐标贴到第一列,并将其设为X坐标。如此画出来的基本上就是能带图了。在Origin中可以通过设置纵轴范围来更加清楚的区分费米能级附近的各条能带。


决定画哪条能带,或者那些感兴趣的K点之后,有如下几种方法计算不同的Partial Charge。如果你希望计算价带顶端的Partial Charge,则需要首先通过能带结构图确定价带的能带标号。需要注意,进行Partial Charge分析必须要保留有自洽计算的WAVECAR才可以。
第一种Partial Charge分析的INCAR
ISTART = 1 job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const
LPARD=.TRUE.
IBAND= 20 21 22 23
KPUSE= 1 2 3 4
LSEPB=.TRUE.
LSEPK=.TRUE.
这样的INCAR给出的是指定能带,指定K点所对应的Partial Charge。分析导带、价带等的Partial Charge特性,通常采用的都是这种模式。
第二种Partial Charge分析的INCAR
ISTART = 1 job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const
LPARD=.TRUE.
EINT = -10.3 -5.1
LSEPB=.FALSE.
LSEPK=.FALSE.
这样的INCAR给出的是在[-10.3 -5.1]能量之间的Partial Charge。这种模式适合于分析某个能量区间内的波函数的性质。
第三种Partial Charge分析的INCAR
ISTART = 1 job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const
LPARD=.TRUE.
NBMOD=-3
EINT = -1
LSEPB=.FALSE.
LSEPK=.FALSE.
这样的INCAR给出的是从[Ef-1.0 Ef]能量之间的Partial Charge。这种模式最利于分析费米面附近的波函数的性质




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