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solarman

新虫 (正式写手)

[交流] 【求助】关于费米能级

计算半导体的能带和态密度，进行3步走：结构优化+静态自洽计算（加大K点数目2.5倍）+静态非自洽（同样，K点数目2.5倍），发现第二步计算产生的费米能级和带结构计算中产生的费米能级显著不同，我知道这是由于K点采样不同造成的。

现在问题是：在做能带图时，需要减去费米能级，这个费米能级我往往是从第二步计算中读取。但我发现减去fermi能级后做出来的能带图的价带顶并不在0点（如下图所示），而我看到网上很多人都说他们做出来的图价带顶在0点。问题是，第二步计算产生的费米能级敏感地依赖于K点数量，无论我把K点加的多么密，费米能级始终会有改变，而且这个费米能级往往与价带顶的能量值不相等（也就是说减去费米能级后，价带顶不会回到零点能量）。那么大家得到价带顶在0点的图都是怎么产生的？我迄今做出来的图，在减去费米能级后，没有一个是价带顶在0点的。

不知我的问题是否表述清楚了，谢谢回答！


[ Last edited by solarman on 2011-5-27 at 15:07 ]
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1楼 2011-05-27 10:16:44
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tider

木虫 (正式写手)
★ ★ ★
solarman(金币+1):谢谢参与
gzqdyouxia(金币+1): 谢谢交流 2011-05-27 18:23:45
gzqdyouxia(金币+1): 谢谢交流 2011-05-27 18:24:37
下面是我计算用的脚本，我的计算结果有时确实也是这样的，是不是精度的关系？
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2楼2011-05-27 12:40:56
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tider

木虫 (正式写手)
“无论我把K点加的多么密，费米能级始终会有改变，而且这个费米能级往往与价带顶的能量值不相等（也就是说减去费米能级后，价带顶不会回到零点能量）”

你这个得到的结果是什么？能不能发一下一起看看是什么问题？
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3楼2011-05-27 12:43:15
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solarman

新虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by tider at 2011-05-27 12:43:15:
“无论我把K点加的多么密，费米能级始终会有改变，而且这个费米能级往往与价带顶的能量值不相等（也就是说减去费米能级后，价带顶不会回到零点能量）”

你这个得到的结果是什么？能不能发一下一起看看是什么问 ...

你好，我想问的就是，为什么很多人得到的能带图价带顶都在0点，而我得到的价带顶不在0点？我的结果在上面的图中已经给出。
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4楼2011-05-27 15:02:55
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stractor

金虫 (著名写手)
★ ★ ★
solarman(金币+1):谢谢参与
solarman(金币+5): 您确定是人为设置的吗？如果是这样，我以后也会这样操作 2011-05-27 16:48:23
gzqdyouxia(金币+1): 谢谢指教 2011-05-27 18:24:06
gzqdyouxia(金币+1): 谢谢指教 2011-05-27 18:24:34
引用回帖:
Originally posted by solarman at 2011-05-27 15:02:55:
你好，我想问的就是，为什么很多人得到的能带图价带顶都在0点，而我得到的价带顶不在0点？我的结果在上面的图中已经给出。

那是别人的文章中人为设置了VBM在0点。
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5楼2011-05-27 16:42:09
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solarman

新虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by stractor at 2011-05-27 16:42:09:
那是别人的文章中人为设置了VBM在0点。

哦，谢谢！对于半导体，这样的平移毫无问题，可是对于金属以及半金属性质的材料，费米能级以及价带顶的准确位置就变得尤为关键，这个时候怎么办呢？
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6楼2011-05-27 16:46:35
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stractor

金虫 (著名写手)
★
solarman(金币+3): 2011-05-27 17:10:22
gzqdyouxia(金币+1): 谢谢指教 2011-05-27 18:24:25
引用回帖:
Originally posted by solarman at 2011-05-27 16:46:35:
哦，谢谢！对于半导体，这样的平移毫无问题，可是对于金属以及半金属性质的材料，费米能级以及价带顶的准确位置就变得尤为关键，这个时候怎么办呢？

对于金属，好像没有价带的说法吧。
文献中也一般设置费米能级为DOS或者band曲线的0点。
这些都是为了看图方便而进行的人为操作而将曲线平移。
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7楼2011-05-27 16:54:25
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solarman

新虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by stractor at 2011-05-27 16:54:25:
对于金属，好像没有价带的说法吧。
文献中也一般设置费米能级为DOS或者band曲线的0点。
这些都是为了看图方便而进行的人为操作而将曲线平移。

对于金属，费米能级的位置至关重要。比如说费米能级如果穿越价带，表明金属性。那么这时如果费米能级位置不准确，就有可能被错误的估计到价带以上（从而形成半导体），这样就会导致错判。

特别是对于另外的一些目的，比如说，想关注体系费米能级的变化，这时费米能级的准确位置也是很关键的。

所以，我担心费米能级随着第二步的K点数量这么敏感，是不是对于我们的判断不利？
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8楼2011-05-27 17:03:19
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stractor

金虫 (著名写手)
★ ★
solarman(金币+2): 谢谢您的指教，由于不能同时给一个用户超过10个金币，所以这次只能给您2个了 2011-05-27 19:21:26
zhang668(金币+2): 多谢详细解答 2011-05-28 18:27:47
你的第二步计算的feimi能级是可靠的，第一步和第三步的均不可靠，要得到费米能级，需要截止动能和K点都收敛。之所以第二步产生的费米能级和能带结构计算的费米能级不同，因为能带结构计算对K的采样只是对特殊点进行的。你说的K点加密，你能不能列出K点和费米能级的关系。你只说变化，变化多少，我们不得而知。
再说，你的问题是问为什么减去费米能级后能带图不在VBM，前面的帖子对这个问题已经回答了。

[ Last edited by stractor on 2011-5-27 at 18:55 ]
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9楼2011-05-27 18:47:45
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tider

木虫 (正式写手)
solarman(金币+4): 谢谢参与 2011-05-28 07:15:42
引用回帖:
Originally posted by solarman at 2011-05-27 15:02:55:
你好，我想问的就是，为什么很多人得到的能带图价带顶都在0点，而我得到的价带顶不在0点？我的结果在上面的图中已经给出。

恩，我是想看看你得到的费米能级是如何随K点变化的。k点取密只是特殊k点间的曲线有变化，对特殊k点处不应该有影响啊。。。而Eg是由特殊k点决定的。
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10楼2011-05-27 23:57:24
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tider

木虫 (正式写手)
solarman(金币+2): 2011-05-28 07:16:47
引用回帖:
Originally posted by solarman at 2011-05-27 17:03:19:
对于金属，费米能级的位置至关重要。比如说费米能级如果穿越价带，表明金属性。那么这时如果费米能级位置不准确，就有可能被错误的估计到价带以上（从而形成半导体），这样就会导致错判。

特别是对于另外的 ...

“费米能级如果穿越价带，表明金属性”
我记得费米能级穿越价带或者导带应该是判断P型或n型半导体的吧？金属性应该是由Eg判断的。
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11楼2011-05-28 00:02:00
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solarman

新虫 (正式写手)
★
贺仪(金币+1): 谢谢指导！ 2011-05-28 21:21:10
引用回帖:
Originally posted by tider at 2011-05-27 23:57:24:
恩，我是想看看你得到的费米能级是如何随K点变化的。k点取密只是特殊k点间的曲线有变化，对特殊k点处不应该有影响啊。。。而Eg是由特殊k点决定的。

您说的非常正确，Eg是由特殊K点（也就是高对称点）决定的，取密只是增加了曲线的平滑度。
我上面说的k点取密，是指第二步的静态自洽计算。
上面的stractor说的很好，我应该把fermi能级随k点变化的关系做出来，保证收敛即可。我的确是没有做这个东西。
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12楼2011-05-28 07:21:07
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solarman

新虫 (正式写手)
★
贺仪(金币+1): 谢谢交流 2011-05-28 21:21:22
引用回帖:
Originally posted by tider at 2011-05-28 00:02:00:
“费米能级如果穿越价带，表明金属性”
我记得费米能级穿越价带或者导带应该是判断P型或n型半导体的吧？金属性应该是由Eg判断的。

其实你说的也对，对于掺杂半导体的确如此，此时费米能级虽会在价带以下，但不会偏离很远，否则就成简并半导体了。
而对于纯的物质，费米能级穿越价带的确表明它是金属。
金属性不仅仅由Eg判别。。。
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13楼2011-05-28 07:24:10
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tider

木虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by solarman at 2011-05-28 07:24:10:
其实你说的也对，对于掺杂半导体的确如此，此时费米能级虽会在价带以下，但不会偏离很远，否则就成简并半导体了。
而对于纯的物质，费米能级穿越价带的确表明它是金属。
金属性不仅仅由Eg判别。。。

恩，谢谢提示
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14楼2011-05-28 18:26:15
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