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VASP结合vaspkit+ShengBTE计算热电优值(二)

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前文链接:VASP结合vaspkit+ShengBTE计算热电优值(一)

1、将前述计算得到的二阶力常数矩阵,三阶力常数矩阵文件分别命名为FORCE_CONSTANTS_2RD,FORCE_CONSTANTS_3RD。放于同一目录中。

编写CONTROL文件,其中CONTROL文件中的ngrid;scalebroad取值时,理论上都需要做收敛性测试。


直接运行以下命令就能计算得到晶格热导率。晶格热导率的张量数据对应文件为BTE.kappa_tensor。

注意BTE.kappa_tensor文件中,每列对应的方向顺序分别为XX,XY,XZ,YX,YY,YZ,ZX,ZY,ZZ.且最后一行为有效的收敛值,使用时只需要取最后一行。

对于二维材料,计算得到的晶格热导率还需要做以下修正

二维材料的晶格热导率=输出文件结果*POSCAR 真空层方向总厚度/原子层厚度

原子层厚度=POSCAR 真空层方向相距最远的两个原子的范德华半径之和+POSCAR 真空层方向相距最远的两个原子的距离。

2、电子热导率的计算

目前有两种方法计算电子热导率,一种是使用BoltzTraP计算得到的电子热导减去TσS2。

另一种方法是根据Wiedemann-Franz Law 有κe=LσT。其中L位洛伦兹常数。


这两种方法的计算结果都是可用的。但对于Wiedemann-Franz Law,洛伦兹常数通常都取经验值或经验公式计算,更准确的估算需要进一步探究。

给出两种计算洛伦兹常数的方法:

  1. 通过费米积分来计算。


(2)通过经验公式


具体方法请查阅相关文献。

3、热电优值ZT的计算

通过简单的换算即可得到热电优值:


4、热电值分析

ZT值是衡量热电材料热电性能的指标,它决定了在特定温度下热电材料能量转化的最大效率。


其中σ为电导率,κ为热导率,S为塞贝克系数,T 为温度。而热导率κ又可写为电子热导与晶格热导之和:


因此要计算ZT值,我们需要分别计算电导率σ,塞贝克系数S,电子热导率κe,晶格热导率κc。




来源:320科技工作室
电子理论EDEM材料VASP
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首次发布时间:2024-05-10
最近编辑:6月前
320科技工作室
硕士 | 结构工程师 lammps/ms/vasp/
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VASP计算非线性磁矩和磁各向异性能(自旋轨道耦合)小结

本文摘要(由AI生成):本文主要介绍了非线性磁矩计算和磁各向异性能(自旋轨道耦合)计算的方法。非线性磁矩计算需要先计算非磁性基态产生WA.VECAR和CHGCAR.文件,然后在INCAR中加入ISPIN=2、ICHARG=1或11、LNONCOLLINEAR=.TRUE.、MAGMOM=等参数。磁各向异性能计算需要加入LSORBIT=.TRUE.参数,并定义初始磁矩的方向。计算磁各向异性的推荐步骤是先计算线性磁矩以产生WA.VECAR和CHGCAR.文件,然后在INCAR中加入LSORBIT=.TRUE.、ICHARG=11或ICHARG=1、LMAXMIX=4、SAXIS=x y z、NBANDS=2*number of bands of collinear run、ISYM=0、GGA_COMPAT=.FALSE.等参数。非线性磁矩计算: 1)计算非磁性基态产生WA.VECAR和CHGCAR.文件。 2)然后INCAR中加上 ISPIN=2 ICHARG=1 或 11 !读取WA.VECAR和CHGCAR.文件 LNONCOLLINEAR=.TRUE. MAGMOM= 注意:①对于非线性磁矩计算,要在x, y 和 z方向分别加上磁矩,如MAGMOM = 1 0 0 0 1 0 !表示第一个原子在x方向,第二个原子的y方向有磁矩②在任何时候,指定MAGMOM值的前提是ICHARG=2(没有WA.VECAR和CHGCAR.文件)或者ICHARG=1 或11(有WA.VECAR和CHGCAR.文件),但是前一步的计算是非磁性的(ISPIN=1)。 磁各向异性能(自旋轨道耦合)计算:注意: LSORBIT=.TRUE. 会自动打开LNONCOLLINEAR= .TRUE.选项,且自旋轨道计算只适用于PAW赝势,不适于超软赝势。自旋轨道耦合效应就意味着能量对磁矩的方向存在依赖,即存在磁各向异性能(MAE),所以要定义初始磁矩的方向。如下: LSORBIT = .TRUE. SAXIS = s_x s_y s_z (quantisation axis for spin)默认值: SAXIS=(0+,0,1),即x方向有正的无限小的磁矩,Z方向有磁矩。 要使初始的磁矩方向平行于选定方向,有以下两种方法:MAGMOM = x y z ! local magnetic moment in x,y,zSAXIS = 0 0 1 ! quantisation axis parallel to zorMAGMOM = 0 0 total_magnetic_moment ! local magnetic moment parallel to SAXIS (注意每个原子分别指定)SAXIS = x y z ! quantisation axis parallel to vector (x,y,z),如 0 0 1 两种方法原则上应该是等价的,但是实际上第二种方法更精确。第二种方法允许读取已存在的WA.VECAR(来自线性或者非磁性计算)文件,并且继续另一个自旋方向的计算(改变SAXIS 值而MAGMOM保持不变)。当读取一个非线性磁矩计算的WA.VECAR时,自旋方向会指定平行于SAXIS。 计算磁各向异性的推荐步骤是: 1)首先计算线性磁矩以产生WA.VECAR 和 CHGCAR.文件(注意加入LMAXMIX)。 2)然后INCAR中加入: LSORBIT = .TRUE. ICHARG = 11 ! non selfconsistent run, read CHGCAR !或 ICHARG ==1 优化到易磁化轴,但此时应提高EDIFF的精度 LMAXMIX = 4 ! for d elements increase LMAXMIX to 4, f: LMAXMIX = 6 ! you need to set LMAXMIX already in the collinear calculation SAXIS = x y z ! direction of the magnetic field 如 0 0 1 NBANDS = 2 * number of bands of collinear run ! grep NBANDS OUTCAR ISYM=0 !switch off symmetry (ISYM=0) when spin orbit coupling is selected GGA_COMPAT=.FALSE. ! it improves the numerical precision of GGA for non collinear calculations LORBMOM=.TRUE. !计算轨道磁矩 继续计算,VASP会读取WA.VECAR 和 CHGCAR将自旋量子化方向(磁场方向)平行于SAXIS方向。最后可以比较各个方向磁矩时能量的不同。注意: 第二步使用自洽计算(ICHARG=1)原则上也是可以的,但是初始平行于SAXIS的磁场发生旋转,直到达到基态,如平行于易磁化轴,但这个过程会很慢且能量变化很小,而且如果收敛标准不是很严格的话,自洽计算会在未达到基态就停止。 注意: VASP的输入输出的磁矩和类自旋量都会按照这个SAXIS方向,包括INCAR中的 MAGMOM行,OUTCAR和PROCAR.文件中的总磁矩和局域磁矩,WA.VECAR中的类自旋轨道和CHGCAR中的磁性密度。 MAGMOM-tag:http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/MAGMOM_tag.html#incar-magmomLNONCOLLINEAR:http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/LNONCOLLINEAR_tag.htmlLSORBIT-tag http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/LSORBIT_tag.html 2)SOC版本:cp makefile.mpi makefile.soc在makefile.soc修改CPP =$(CPP_) -DMPI -DHOST=\"LinuxIFC\" -DIFC \ -DCACHE_SIZE=5000 -DPGF90 -Davoidalloc -DNGZhalf \ -DMPI_BLOCK=262144 -Duse_collective -DscaLAPACK \ -DRPROMU_DGEMV -DRACCMU_DGEMV中去掉-DNGZhalf然后 make -f makefile.soc 得到 vasp ,并 mv vasp vasp.mpi.soc.nebMAE(磁各向异性能)-非共线磁矩计算SYSTEM = Fe/GraLREAL= AutoALGO=FastIALGO=48ISYM = 0ISTART = 1 ICHARG = 11ENCUT = 500NPAR=2ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.2GGA=91; VOSKOWN=1GGA_COMPAT=.FALSE.ISPIN=2#MAGMOM=1*5 2*0 1*4LORBIT = 11LNONCOLLINEAR=.TRUE.LSORBIT=.TRUELORBMOM=.TRUESAXIS= 0 0 1MAGMOM=0 0 0 0 0 0 0 0 4LMAXMIX = 4IBRION =2LWA.VE=.F; LCHARG=.FEDIFF = 1E-5 ; EDIFFG = -0.001

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