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【原创】如何计算中性杂质的形成能已有3人参与
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该贴是在回复“硅晶体内参杂一个铁原子那种情况下最稳定”的问题(http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1914787&fpage=0&view=&highlight=&page=1)基础上综合而成的。也就是以硅晶体中掺杂一个Fe原子为例，来介绍如何计算杂质形成能。 将晶胞扩大可能至少需要到64个原子的超原胞，然后根据Si里面的对称性、以及可能的空隙位考虑计算如下的几种情况： 1）将一个Si替换为Fe; 2)将一个Fe放到如下图的三种可能的间隙位置上：  计算步骤： 1）计算完整晶格的晶格常数； 2）构造超原胞，超原胞的大小要大到尽量使得杂质之间的相互作用足够小能足以说明物理问题，以及所能承受的计算资源。 3)计算完整晶格的超原胞的总能；计算参数特别是k点的选取，对在计算完整晶格的晶格常数时所取的k点网格，按超原胞同初基原胞的比例来缩小。 4)优化各种掺杂的原子结构，静态计算出总能。 5)按如下形成能的公式来计算杂质形成能。注意形成能的值，与会掺杂元素的化学势的选取有关的。 Si中Fe杂质的形成能： delta E(formation) = E_tot(Si带有Fe杂质的超原胞) - E_tot(Si未带有Fe杂质的超原胞，即完整晶格的超原胞) - n(Fe) * \mu(Fe) + n(Si) * \mu(Si) E_tot(...)就是超原胞的总能，有无杂质时，超原胞的大小要一致。 \mu(Fe)是Fe的化学势， \mu(Si)是Si的化学势。n(Fe)是掺杂入超原胞中Fe原子的个数，n(Si)是从超原胞中拿出的Si原子个数。 如果是替位掺杂：n(Fe) =1, n(Si) =1，表示是从超原胞拿出一个Si，然后并放入一个Fe。 如果是间隙掺杂: n(Fe) = 1, n(Si)=0,则表示只有将一个Fe原子放入超原胞，没有从超原胞拿出Si原子。 \mu(Fe)可以取为体心立方(bcc)Fe的总能(单位：能量单位+每原子)； \mu(Si)可以取为金刚石结构Si的总能(单位：能量单位+每原子。)。 [ Last edited by valenhou001 on 2010-5-22 at 07:54 ] |
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31楼2010-06-30 22:39:07
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cenwanglai(金币+3):谢谢回复. 2010-07-03 18:56:20
cenwanglai(金币+3):谢谢回复. 2010-07-03 18:56:20
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引入修正项的根本原因就是我们采用超胞计算带电缺陷，这会引入库伦相互作用，因为库伦作用时长程的。我见过的修正项主要有三项，目前只记得两项，一个就是Nakov和Payne（PRB，51，4014）提出的修正，貌似要考虑四极矩。不过这个修正不要轻易采用，因为它的可信度还有待商榷。第二个就是对有缺陷的晶胞的价带顶的修正。Chris等大多数人用的缺陷形成能公式中价带顶（VBM）是用的无缺陷的超胞的的VBM，但这个缺陷形成能公式实际该用有缺陷晶胞的VBM（好似这篇文章说过Phys. Rev. B 68, 085110）。由于库伦作用，直接由缺陷晶胞计算的VBM不准，所以采用完整晶胞的VBM加上又一个修正项。这个修正项就是要计算缺陷晶胞中离缺陷位置较远的一个区域内的平均静电势与无缺陷的超胞的平均静电势之差。而“离缺陷位置较远的一个区域内的平均静电势”可以对离缺陷最远的那个原胞求平均。我是用VASP。静电势在LOCPOT文件里面。自己写一个小程序即可完成。 要理解这些修正，还是得啃原始文献。 |
39楼2010-07-02 21:52:13
36楼2010-07-01 22:20:25
2楼2010-05-22 08:22:34
3楼2010-05-22 10:02:48
4楼2010-05-22 10:09:04
6楼2010-05-24 16:48:24
7楼2010-05-24 16:52:15
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21楼2010-06-22 13:33:56
22楼2010-06-22 13:35:19
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24楼2010-06-24 22:41:58
25楼2010-06-24 23:03:49
26楼2010-06-24 23:07:15
27楼2010-06-24 23:18:19
30楼2010-06-30 22:26:17
32楼2010-06-30 22:54:22
33楼2010-07-01 09:29:22
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lvjian8596(金币+2):感谢交流！ 2010-07-01 22:47:57
lvjian8596(金币+2):感谢交流！ 2010-07-01 22:47:57
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贴一下我和cenwanglai版主的站内 引用部分是我的提问，正文部分为版主的解答 多谢斑竹 化学势的计算方法，对其物理本质上的合理性，我了解的很少。其算法，都是看文献来的，但是不能回答为什么。 就我的理解，单个独立原子处于非成健的高能状态，成键后处于低能状态。用成键后的单质能量除以原子个数的方法，是对该原子具体环境下的化学势的模拟，而不能完全等同。 这种做法，在不同研究文献间，可以作为一种可以比较的标准。这种算法并不能给出真实的掺杂化学势。 每个角上有一个N2 分子，是周期性限制，算一个N2分子。算出的化学势为算得总能除以2。因为实际上这个单元只有两个N原子。 |
34楼2010-07-01 09:30:45
35楼2010-07-01 15:14:59
37楼2010-07-01 22:27:37
38楼2010-07-02 17:02:15
40楼2010-07-03 16:56:38
41楼2010-07-16 09:57:52
42楼2010-09-11 15:10:54
44楼2010-10-08 18:41:03
45楼2010-10-31 15:53:13
46楼2010-11-02 09:30:20
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50楼2010-12-11 15:16:28
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