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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 第一性原理 » Siesta&Smeagol&Atk » 【求助】ATK中的电极温度能表征系统的真实温度吗？
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vboyz

新虫 (初入文坛)

[交流] 【求助】ATK中的电极温度能表征系统的真实温度吗？ 已有5人参与

ATK中的电极温度决定了费米分布函数
它能表征真实的温度吗？
如果不能得话，这个参数的意义在哪？
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1楼 2009-08-05 10:24:18
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

wenjlu

木虫 (正式写手)
★ ★ ★
zzy870720z(金币+3):感谢专家指导 2010-05-20 12:26:16
引用回帖:
Originally posted by zhangguangping at 2010-05-20 09:57:39:

我觉得费米分布函数里面的温度指的就是电子所处的周围环境的温度！分布函数中的T的含义指的是温度引起的电子分布在费米能级处的展宽。但是设置了这个温度，计算的结果却不能说是体系在该温度下的性质。这个要看 ...

T当然不是真实体系温度。 T只是 fermi-dirac smear参数，你可以把它看做展宽时的能量(kB*T)。 这么做，是为了费米面上下电子的占据分数平滑过渡，特别对于金属，费米面处，是光滑的。 这样在计算时候，也能加速收敛。

再次说明， 第一原理是进行基态(绝对零度下)的计算。不可能算高温激发态。你可能说看到好多paper算啊。你接着往下看。

有限温度下的计算，常用的近似方法如准粒子GW近似等。 在很多软件中都有。 但是，注意，这也仅限于一种近似方法。 在有限温度下，各种元激发，如声子、电子、磁子相互作用。 是无法确切计算出来的。

有人号称是计算的高温如 100K 300K 或更高温度的，那也只是一种在有限温度下进行用分子动力学的方法进行晶体结构优化，然后还得回到零温下进行第一原理的自洽计算。

[ Last edited by wenjlu on 2010-5-20 at 11:39 ]
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5楼2010-05-20 11:35:05
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普通回帖

sunray55

银虫 (小有名气)
★ ★ ★
yjr(金币+1,VIP+0):谢谢您的回答！！ 8-5 11:49
vboyz(金币+2,VIP+0):我对这个费米分布了解的不多…… 8-5 13:55
不是真实的温度。
你都知道是费米分布的T了啊？
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2楼2009-08-05 11:22:26
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
★ ★
zzy870720z(金币+2):谢谢交流 2010-05-20 12:24:47
引用回帖:
Originally posted by sunray55 at 2009-08-05 04:22:26:
不是真实的温度。
你都知道是费米分布的T了啊？

我觉得费米分布函数里面的温度指的就是电子所处的周围环境的温度！分布函数中的T的含义指的是温度引起的电子分布在费米能级处的展宽。但是设置了这个温度，计算的结果却不能说是体系在该温度下的性质。这个要看研究的是什么性质了。要是研究振动性质。那么可以说结果就是相应温度的结果，但是要是研究电子的性质，300K的和0K的，对体系分子能级的影响是可以忽略的，但是设置了一个较大的温度之后，对计算中收敛是很有利的。这就是我们在计算的时候为什么设置一个不是0K的温度，来预测低温的性质。这个是有前提的，要看你研究的是什么性质，温度对这个性质的影响有多大。在计算电子结构的时候，我们可以把温度看成是收敛的一个技巧。但是和直接说这个温度不是体系的温度还是有差异的。因为分布函数中温度的意义已经摆在那个地方了。那样说不是一种矛盾吗？
另外，在siesta中还有一种电子占据的分布方式，不是费米分布，而是别的一种分布方式，那里面的温度绝对是一种收敛手法。
这是我个人的理解，不对的地方敬请指教。以后多交流讨论。谢谢。
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弘德明志博学笃行
3楼2010-05-20 09:57:39
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夕阳西下

金虫 (著名写手)
现在可以计算除了零点温度以外的高温度吗？300k是怎么计算的？
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4楼2010-05-20 11:23:44
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
引用回帖:
Originally posted by wenjlu at 2010-05-20 04:35:05:



T当然不是真实体系温度。 T只是 fermi-dirac smear参数，你可以把它看做展宽时的能量(kB*T)。 这么做，是为了费米面上下电子的占据分数平滑过渡，特别对于金属，费米面处，是光滑的。 这样在计算时候，也能 ...

师兄，DFT中说了，体系的能量是电子密度的函数。DFT计算的结果是体系电子基态的时候的分布。但是，体系在10^4K-10^5K这样一个特征温度下，周围环境的温度是不会把电子激发到激发态上的。也就是说，只要不是人为通过激光的手段激发，体系的电子在特征温度之下是不会被激发的，还是处在基态。周围环境的温度影响的只是振动能级的激发。所以咱们再做输运的时候使用的费米分布，设置上300K的温度，对电子的分布几乎不发生改变。只是起到了一个平滑函数的目的。但是费米分布函数里面的T的含义确实是电子所处的周围的环境。
我只是我个人的理解。不对的地方敬请师兄指教。
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弘德明志博学笃行
6楼2010-05-23 16:26:39
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acridine

木虫 (正式写手)
★ ★
gavinliu7390(金币+2):谢谢交流！ 2010-06-01 10:53:27
引用回帖:
Originally posted by zhangguangping at 2010-05-23 16:26:39:

师兄，DFT中说了，体系的能量是电子密度的函数。DFT计算的结果是体系电子基态的时候的分布。但是，体系在10^4K-10^5K这样一个特征温度下，周围环境的温度是不会把电子激发到激发态上的。也就是说，只要不是人为 ...

这个问题仔细琢磨琢磨还是很有意思的。
其实本质上看，这个参数所的设置东西，无非是在DFT的scf自洽计算的同时，人为的约束电子的排布情况，让电子按照某个温度下的分布函数来占据能级。但这种约束DFT计算的结果是否就是真实中某个温度下的情况？应该没有那么简单，如果这么简单的话，那么激发态的计算也不用研究了，在DFT计算时人为的约束Ef之下的某个能级是空的，之上的某个能级是占据的就可以了。
按照这个方式计算激发态的一个重要问题在于，没有考虑激发上去的电子与留下的空位之间的作用；这里的问题也应该类似吧，按照有限温度的Fermi分布重新排布电子之后，在Fermi能级之上有分数占据的电子，在Fermi能级之下有分数非占据的空位，这两者之间的作用也是使用这种约束DFT计算所没有考虑的吧。所以与实际情况还是有一定的差别的。这种差别具体是怎样的，对分析问题有多大的影响，俺就不懂了。
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7楼2010-05-23 21:16:01
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
★ ★
gavinliu7390(金币+2):谢谢交流！ 2010-06-01 11:06:10
引用回帖:
Originally posted by acridine at 2010-05-23 14:16:01:


这个问题仔细琢磨琢磨还是很有意思的。
其实本质上看，这个参数所的设置东西，无非是在DFT的scf自洽计算的同时，人为的约束电子的排布情况，让电子按照某个温度下的分布函数来占据能级。但这种约束DFT计算的 ...

我觉得这种费米分布对分子结构能级电子占据的情况基本没有什么影响。倒是能求出分子费米能级的位置。因为分子里面能级间距都是几个电子伏特左右。费米分布函数中只要偏离费米能级几个KBT~0.03eV,就已经要么是1.，要么是0了。所以对分子的计算结果不起作用。再说DFT的计算中没有使用这个费米分布吧？
这个分布对于能带结构的体系，金属电极，这个函数起到一个平滑的作用。可以加快收敛吧！我说的不一定对。
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弘德明志博学笃行
8楼2010-05-23 22:00:01
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acridine

木虫 (正式写手)
★ ★
gavinliu7390(金币+2):谢谢交流！ 2010-06-01 11:06:17
引用回帖:
Originally posted by zhangguangping at 2010-05-23 22:00:01:

我觉得这种费米分布对分子结构能级电子占据的情况基本没有什么影响。倒是能求出分子费米能级的位置。因为分子里面能级间距都是几个电子伏特左右。费米分布函数中只要偏离费米能级几个KBT~0.03eV,就已经要么是1. ...

我上面的回复是说这个虚拟出来的温度与真实有限温度的情况是有差别的
对于分子、半导体体系，这个参数当然没有什么影响，所以在计算这类材料 smearing设置成0也没有问题。但在金属时候，Ef附近电子态很密集，这个参数将影响电子排布。如你所说，使用这个参数是可以使分布函数平滑，进而加速收敛的。在这一点上大家应该有共识的。
但这并不与我的回复矛盾吧。对于分子体系，如你所说，这个参数对计算电子结构基本没有影响，那么它能否反映真实温度也就没有意义了吧。对于金属，如同我上面的理解，由于方法中并没有考虑某一些相互作用，不能反映有限温度下的真实情况。但作为一个加速收敛的工具，它还是很有价值的。
另外，在DFT的scf过程中当然使用这个参数了，否则何来这个参数能加速收敛一说呢？
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9楼2010-05-23 22:52:57
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
★ ★
gavinliu7390(金币+2):谢谢交流！ 2010-06-01 11:08:03
引用回帖:
Originally posted by acridine at 2010-05-23 15:52:57:


我上面的回复是说这个虚拟出来的温度与真实有限温度的情况是有差别的
对于分子、半导体体系，这个参数当然没有什么影响，所以在计算这类材料 smearing设置成0也没有问题。但在金属时候，Ef附近电子态很密集， ...

我只知道这个费米分布函数在算输运的电流时在朗道公式中出现。但是单纯的siesta计算中也需要设置这个参数，所以在DFT计算中也使用了这个参数。使用地方是这个位置：

（点击一下图片，会在新窗口打开，那样图片就会变清楚！）
这里面说的“DFT计算的结果原则上给出体系的基态”，这里的基态应该是电子的基态，因为在计算的过程中没有考虑振动效应。所以也就是体系的基态了！
对于半导体和分子体系，这样做给出的结果确实和不做费米分布的时候相差不大，但是，对于金属体系，能带结构，能级连续，所以计算结果还是有一定的差别的。差别在于费米能级附近的电子布局。但是这种差别在0.03eV之内（300K）。

[ Last edited by zhangguangping on 2010-6-1 at 03:48 ]
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弘德明志博学笃行
10楼2010-06-01 09:09:21
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