自旋轨道耦合计算过程探索（毕业论文）.doc

自旋轨道耦合计算过程探索 经验总结 对于Bi2Se3家族材料，QL内是强的共价结合作用，QL之间是范德瓦尔斯作用力。所以，在优化结构的时候，需要考虑范德瓦尔斯相互作用。 VASP手册上一共有5种计算范德瓦尔斯相互作用的方法，如下： Correlation functionals：LUSE VDW = .TRUE. the PBE correlation correction AGGAC = 0.0000 Exchange交换 functionals vdW-DF vdW-DF2 方法一 方法二 方法三 方法四 方法五 revPBE optPBE optB88 optB86b rPW86 GGA = RE LUSE_VDW= .TRUE. AGGAC = 0.0000 GGA = OR LUSE_VDW= .TRUE. AGGAC = 0.0000 GGA = BO PARAM1=0.1833333333 PARAM2= 0.2200000000 LUSE_VDW = .TRUE. AGGAC = 0.0000 GGA = MK PARAM1 = 0.1234 PARAM2 = 1.0000 LUSE_VDW= .TRUE. AGGAC = 0.0000 GGA = ML Zab_vdW = -1.8867 LUSE_VDW = .TRUE. AGGAC = 0.0000 一般，对于一种没有算过的新材料，可以尝试以上五种方法，哪一种最合理就用哪个。 Bi2Se3家族材料，经测试最合适的是optPBE-vdW方法。 3）测试发现，对于1QL和块体，范德瓦尔斯作用的影响不是很影响；对于多个QL厚度的薄膜，QL之间范德瓦尔斯作用的影响比较明显。 4）文献上，很多人直接不优化结构，用实验上的参数，这样算，得到的结果也比较合理。 5）算soc加入LSORBIT=.TRUE.和LORBMOM=.TRUE.， 比LSORBIT=.TRUE.和GGA_COMPAT = .FALSE.得到的结果更合理。 薄膜优化的时候，可以用ISIF=2。 7）计算静态的时候输出CHARG，能带的时候ISTART可以等于0，ICHARG等于11。 薄膜的结构需要中心对称，切得时候需要注意。 计算vdW，需要vasp5.2.12以上的版本，并且将vdw_kernel.bindat文件放到计算的文件夹中。 vdW相互作用对结构的影响比较大，对后面的静态计算和能带计算电子态的影响比较小。 取合适的K点，可以得到较为合理的结构，对后面电子态的计算影响也不是很大。 2. 结构优化 赝势：PAW_GGA_PBE Ecut=340 eV Kpoints=10×10×10 ISMER取-5，计算能带时，取0，对应SIGMA=0.05 在MS中可以在build-Symmetry -中把Bi2Se3 rhombohedral representation（菱形表示）和hexagonal representation（六角表示）相互转换 图中黑色t1、t2、t3基矢围成菱形原胞，用于计算块体，红色方框包含一个五元层 计算能带的布里渊区高对称点： 块体:文献中倒空间高对称点坐标Г(0 0 0)-Z(π π π)-F(π π 0)-Г(0 0 0)-L(π 0 0)， 根据正空间和倒空间坐标的转换关系，得到正空间中高对称点的坐标： Г(0 0 0)-Z(0.5 0.5 0.5)-F(0.5 0.5 0)-Г(0 0 0)-L(0 0 -0.5) KPOINTS 20 Line-mode Rec 0.0 0.0 0.0 !Г 0.5 0.5 0.5 ! Z 0.5 0.5 0.5 ! Z 0.5 0.5 0.0 ! F 0.5 0.5 0.0 ! F 0.0 0.0 0.0 !Г 0.0 0.0 0.0 !Г 0.0 0.0 -0.5 ! L [通过比较结构，发现Ecut=580，KPOINTS=151515，得到的结构比较靠谱] Sb2Te3 Bi2Te3 Bi2Se3 晶格参数 六角a (?) 4.250 4.383 4.138 六角c (?) 30.35 30.487 28.64 菱形T(?) 10.41 10.473 9.841 原子位置 μ (2Bi) 0.400 0.400 0.399 v (2Se2) 0.211 0.212 0.206 0 (Se1) 0 0 0 块体soc的计算 文献能带结构图： 块体（Bi2Se3-VASP-GGA-PAW-PBE） 我们的结果（未考虑vdW