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喜讯!PWmat新增体材料非绝热动力学模块

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非绝热动力学(NAMD)是描述载流子冷却过程的重要方法。龙讯旷腾PWmat的NAMD方法已经被用在不同的纳米材料、缺陷以及界面等系统上。但以前的这些NAMD计算,都是基于基态的AIMD模拟,而不是显性的电声耦合计算。但对有的问题来说,需要算很大的系统,这尤其表现在对周期性材料的问题上。虽然PWmat已经有一个跨k点的基于AIMD以及NAMD的方法,但此方法还是需要通过超胞来计算,对于纯体材料也许并不是最有效的方法。

对于周期体系,另一个途径是通过Wannier函数,以及声子模式来计算电声耦合,这些功能都已经在PWmat的其他模块中实现了。如果有这样的电声耦合系数,我们就可以在k空间来执行NAMD。我们可以根据声子模式在Harmonic oscillator的近似下来描述原子的轨迹,而利用电声耦合系数来描述电子哈密顿量的变化。理论上讲,我们可以通过以前的P-matrix来做相应的NAMD计算。但基于k-point的电子态数目有可能是巨大的,比如20x20x20个k-mesh就有8000个k-point,而每个k-point上有可能有10个能带,这样总共就有8万个电子态。很多情况下20x20x20 k-mesh可能还不够。这种情况下,P-matrix计算就很慢了。这时我们宁可用单波函数计算。这需要一套stochastic dynamics方法。文献中我们有DISH方法, 但我们试用下来并不那么满意。

特此我们开发了一个新的Single Wave Function Boltzman方法。此方法基于波函数的塌陷,并通过施加Boltzmann factor来达到细致平恒。另一方面,我们采用了两套k-mesh格点的方法来加速NAMD计算。在粗格点上,我们利用电声耦合系数来描述k点之间的coupling,但在细格点之间,我们利用deformation potential来描述带内的耦合。我们发现,利用这种方法,我们可以大大加快NAMD的计算。



更多NAMD教学视频

https://space.bilibili.com/1965576887/lists/4348766?type=season


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模块介绍

   


PWmat提供了新的bulk-NAMD模块,适用于体材料多k点的模拟。该模块主要使用声子信息(电声耦合矩阵,EPC)构建载流子的含时演化哈密顿量。多k点会极大增加EPC的计算量和含时演化的计算量,因此该模块使用插值法以减少计算量。插值不足以精确描述较小声子动量的 的电声相互作用,该模块使用形变势常数(DPC)代替声学支描述带内载流子跃迁。如图所示,不同k点间的电子跃迁满足

 
 


为保证电子态的占据数满足波尔兹曼分布,新模块使用含时演化过程中的载流子流相关的修正系数,来限制载流子向高能方向跃迁。新模块使用多轨迹平均得到载流子冷却过程中的载流子能量和时间关系。


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基于电流波尔兹曼分布的概率坍缩

   


含时演化过程中从 态到 态的电荷流动(这里单个 指标代替能带 和 点两个指标):

 

积分得到退相干时间内的电流:

 

波尔兹曼系数:

 

即是到达退相干时间时,坍缩到 态的概率。完成坍缩后,所有电流重置。

基于电流的概率坍缩情况,可以由plot.collapse.xx文件得到,横坐标是能级,纵坐标是坍缩态密度。

 
 


计算完成后,我们得到载流子随时间冷却的多个轨迹,取平均得到冷却过程的能量曲线。

 
 

Bulk-NAMD的module已经在官网释出,欢迎大家下载使用。



下载链接(序号80)

http://www.pwmat.com/module-download


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来源:龙讯旷腾
ACTDeform半导体电子UM声学理论材料分子动力学龙讯旷腾PWmat
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-01-09
最近编辑:2月前
龙讯旷腾
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