VASP能带态密度计算 | Where Ideas Collide

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VASP 能带态密度计算

1. 态密度计算

态密度（DOS）计算需要自洽计算输出的 CHGCAR 和 WAVECAR。另外 DOS 计算还需要更密的 K 点网格，因此 KPOINTS 不妨取自洽计算的两倍甚至更大。INCAR 的关键参数是 IBRION、LORBIT 和 NEDOS，另外设置 ISMEAR = -5 能获得更平滑的 DOS。这里给出一个态密度计算的 INCAR 示例：

计算完成后使用 vaspkit 111 导出总态密度 TDOS.dat；或者使用 vaspkit 113 导出不同元素的分波态密度 PDOS_Ge.dat 和 PDOS_Te.dat。导入 Origin 画图如下所示：

由于分波投影态密度计算精度的限制，分波态密度之和往往小于总态密度（没有考虑 d 轨道作用有很大的影响）。由上图可知，相邻 Ge、Te 的 s 轨道之间形成很强的 σ 键。

2. 能带计算

对完美晶体，能带计算时推荐使用原胞。使用 vaspkit 602 可以从 POSCAR 找到对应的标准化原胞 PRIMCELL.vasp。用 PRIMCELL.vasp 覆盖原有的 POSCAR，以确保后续 vaspkit 生成的高对称 K 点路径和实空间的晶胞方向是匹配的。

依次进行结构优化和自洽计算，接着 vaspkit 303 生成简约布里渊区高对称 K 点路径文件 KPATH.in，重命名为 KPOINTS（如果最后画出来的能带不连续或者锯齿特别多，可以增大 KPOINTS 第二行的插值数s）。能带计算和态密度计算的 INCAR 一致，注意 IBRION、LORBIT 和 NEDOS 等相关设置。计算完成后，运行 vaspkit 211 处理能带数据并返回相应的 BAND.dat、REFORMATTED_BAND.dat、KLINES.dat、BAND_GAP 文件。运行 vaspkit 213 处理投影能带数据并返回相应的 PBAND_Ge.dat、PBAND_Te.dat、KLABELS 文件。

将这些文件拷贝下来，绘图如下：

为了得到平滑的能带色散曲线，可在 ~/.vaspkit 文件中设置以下三个参数以激活插值功能：

3. 能带反折叠计算

真实材料中，材料的缺陷浓度及杂质浓度非常低，在利用第一性原理计算研究中必须采用超胞模型。然而，由于超胞的能带结构无法直接与完美体系的能带做比较，因此讨论缺陷及杂质如何影响基质材料的电学性质具有一定的难度。根据有效能带理论（Effective Band Structure）可以把超胞的能带结构变换到原胞的布里渊区，操作流程如下：

准备 POSCAR；

运行 vaspkit 303 生成 KPATH.in 文件；

cp PRIMCELL.vasp POSCAR；

结构优化，并 cp CONTCAR POSCAR；

运行 vaspkit 400 生成超胞 POSCAR，并 cp TRANSMAT TRANSMAT.in；

结构优化含有缺陷的超胞结构，并 cp CONTCAR POSCAR；

运行 vaspkit 281 生成 KPOINTS 文件；

设置 LWAVE = .T.，适当增加 NBANDS 值，并执行 VASP 能带计算；

运行 vaspkit 282 提取有效能带；