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杂质扩散与载流子激发计算案例说明,复刻《 PHYSICAL REVIEW B 》学术文献

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前言    
   

在研究过程中,很多初学者苦于不熟悉做一个具体流程,而最好的学习方法就是跟着经典例子摸索一遍,这将增加学习效率,更快得补齐知识短板,发现新的研究方向。

本教程以 Si 中 Au 原子的扩散和载流子激发为例,主要展示 TDDFT 计算案例及其数据处理



1. 准备结构文件 atom.config

 


案例中采用了 64 个硅原子的超胞,首先进行 ps 级的 MD 计算,使体系达到热平衡状态。之后在超胞中增加一个金原子杂质,并给其相应的初始速度:


79   -0.006831760000000   -0.006831760000000   0.006831760000000


由该速度(单位是 Bohr/fs)可算出其动能。
2. 准备输入文件,进行 TDDFT 计算
a) etot.input 如下

 

模拟采用 NVE,总时长 600 fs,步长 0.1 fs,温度为 550 K


b) 赝势文件与 pbs 脚本文件
3. 计算与结果处理
a) 查看重要时刻的结构
= 0 fs 为初始时刻,将结构用 config2poscar.x 转化为 POSCAR 格式可以
在 vesta 中查看,在 MOVEMENT 中 t = 200 fs 时的结构导出,同样用 vesta查看,如下图:

 

i. 初始,t=0 fs 时,金原子位于 T 位(T 位是 Au 原子最稳定的位置)。
ii. t=200 fs 时,金离子位于 H 位(H 位是 Au 离子最稳定的位置)。
金原子扩散路径:T 到 H
b) plot_TDDFT.x

 

i. 得到 plot.TDDFT.E,即不同能级能量随时间的演化,如下图中四条能级(band 137-140)所示。

 
 

得到 plot.TDDFT.DOS,即不同能级(band 137-140)上激发的电子数的变化情况,在上图中标记为橙色,附着于对应的能级上。不同能级上电子数随时间的变化,如下图所示。Band 137 为 VBM,band 138 为defect level 1, band 139 为 defect level 2, band 140 为 CBM。

 
 

ii. 在初始时刻,金原子位于 T 位,杂质能级 1(defect level 1)上占据一个电子,导带(CB)上为空。随着金原子扩散至 H 位,金原子电离,杂质能级 1 上的电子经过杂质能级 2 最终转化到导带上,实现了动力学的施主过程。
iii. 处理 MOVEMENT 中 Au 原子坐标随时间的变化,得到金原子运动距离与时间的关系图。(下图来自文献 PHYSICAL REVIEW B 100,165203 (2019))。

 


来源:龙讯旷腾
电子
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首次发布时间:2024-01-02
最近编辑:8月前
龙讯旷腾
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