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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 » Vasp&MedeA » （文献学习）一篇计算HfO2表面 结构与原子性质的文章
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huangll99

木虫 (职业作家)

[交流] （文献学习）一篇计算HfO2表面 结构与原子性质的文章

Structural and electronic properties of cubic HfO2 surfaces
G.H. Chen, Z.F. Hou, X.G. Gong
Surface Physics Laboratory and Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China
文章不错，很有学习价值
现在想跟大家交流一下此文中的各部分计算的方法，向大家请教一下Projected bulk band structures 的计算方法。此贴打算一直写下去，直到把这篇文章搞懂
                                          HfO2 表面计算
1.           (偷偷懒，不做测试了,参数取文献中的值)
      先以（100）-Hf 为例计算
2.        在ISCD中找到cubic-HfO2,优化晶体结构          晶格常数a=4.7  4.8  4.9  5.0  5.1  5.2  5.3  5.4  5.5
结果(E-V)
103.8200 -115.935673
110.5900 -119.148061
117.6500 -121.097380
125.0000 -122.006153
132.6500 -122.060947
140.6100 -121.419122
148.8800 -120.206692
157.4600 -118.539643
166.3800 -116.507645


3.            取a=5.1,  设ISIF=3，做结构优化，收敛精度要高
优化后
length of vectors
     5.054564137  5.054564137  5.054564137
4.
建立(1 0 0)-Hf表面

5.        优化-relaxation
ISIF=2
中间三层固定住
Hf  O
1.000000000000000
   3.574116577215030   0.000000000000000   0.000000000000000
   0.000000000000000   3.574116577215030   0.000000000000000
   0.000000000000000   0.000000000000000  25.163692411000000
   7  12
Selective dynamics
Direct
   0.000000000000000   0.000000000000000   0.198698979399951   T   T   T
   0.000000000000000   0.000000000000000   0.399566326466650   T   T   T
   0.000000000000000   0.000000000000000   0.801301020600049   T   T   T
   0.000000000000000   0.000000000000000   0.600433673533350   T   T   T
   0.500000000000000   0.500000000000000   0.299132652933301   T   T   T
   0.500000000000000   0.500000000000000   0.700867347066700   T   T   T
   0.500000000000000   0.500000000000000   0.500000000000000   F   F   F
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.248915816166626   T   T   T
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.449783163233325   F   F   F
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.650650510300024   T   T   T
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.248915816166626   T   T   T
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.449783163233325   F   F   F
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.650650510300024   T   T   T
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.751084183833374   T   T   T
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.550216836766675   F   F   F
   0.000000000000000   0.500000000000000   0.349349489699976   T   T   T
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.751084183833374   T   T   T
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.550216836766675   F   F   F
   0.500000000000000   0.000000000000000   0.349349489699976   T   T   T

        优化后结构
6.不算表面能了，直接算 projected band structures（可是怎么算呢，不会啊，）

未完待续，另提供本人蹂躏版文献下载，欢迎大家前来拍砖，拍砖有奖，打酱油没有

[ Last edited by huangll99 on 2012-5-2 at 17:32 ]
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    • 2012-04-30 17:28:26, 453.86 K

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1楼 2012-04-30 17:32:33
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huangll99

木虫 (职业作家)
huangll99: 回帖置顶 2012-05-01 09:55:33
参考了一下李明宪的教程，projected band structure 计算分了两步，一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算slab的能带结构；一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算体材料的能带，这时，对于体材料的计算，K点的选取很特别，K1和K2和计算slab时一样，K3依次从0取到0.5，中间取三个点应该够了
哈哈，试一下
6.算slab的能带结构，k点
kpoints
20
Line-mode
rec
0 0   0
0 0.5 0

0 0.5 0
0.5 0.5 0

0.5 0.5 0
0   0   0
然后处理EIGENVAL, bbscon-plotband.f90是个好程序，处理的.dat每个带都分好列了。嘿嘿
能带图


[ Last edited by huangll99 on 2012-5-1 at 10:06 ]
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3楼2012-04-30 21:14:26
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stonezhoujun

金虫 (著名写手)
楼主继续
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4楼2012-05-01 01:47:02
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legodgz

银虫 (小有名气)
送鲜花一朵
顶   学习中
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5楼2012-05-01 09:25:56
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chaoma95

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
很不错的文章，学习中！
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6楼2012-05-01 10:00:52
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uuv2010

荣誉版主 (职业作家)
★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
huangll99: 金币+5, 谢谢区长指点，请多多拍砖 2012-05-01 10:05:43
第5步，可以分两种办法去做，一种是对称模型，、即固定中间层放开两边对称表面层优化；二是非对称模型，固定一边让另一边弛豫。这样做的目的是让固定层模拟体相，而放开的边界层模拟表面。
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7楼2012-05-01 10:01:22
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huangll99

木虫 (职业作家)
huangll99: 回帖置顶 2012-05-01 10:31:30
7.接下来算bulk 的表面布里渊区投影能带结构，疑问是：处理ENGEIVAL是个大问题
初步计划，建五个目录，做五个KPOINTS,稍显笨拙，但我没有办法啊
K1-----
kpoints
20
Line-mode
rec
0 0   0
0 0.5 0

0 0.5 0
0.5 0.5 0

0.5 0.5 0
0   0   0

K2----
KPOINTS
20
Line-mode
rec
0 0   0.125
0 0.5 0.125

0 0.5 0.125
0.5 0.5 0.125

0.5 0.5 0.125
0   0   0.125

K3----
KPOINTS
20
Line-mode
rec
0 0   0.25
0 0.5 0.25

0 0.5 0.25
0.5 0.5 0.25

0.5 0.5 0.25
0   0   0.25
K4----
KPOINTS
20
Line-mode
rec
0 0   0.375
0 0.5 0.375

0 0.5 0.375
0.5 0.5 0.375

0.5 0.5 0.375
0   0   0.375
K5---
KPOINTS
20
Line-mode
rec
0 0   0.5
0 0.5 0.5

0 0.5 0.5
0.5 0.5 0.5

0.5 0.5 0.5
0   0   0.5
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8楼2012-05-01 10:30:47
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huangll99

木虫 (职业作家)
huangll99: 回帖置顶 2012-05-01 12:21:35
对应第一组K点的能带图


把对应五组K点的能带画到一张图上


对比slab band 和bulk band , 按照表面态的定义，出现在能隙里的就是表面态了，埋没在bulk band 里的叫做surface resonance
把表面态圈起来


[ Last edited by huangll99 on 2012-5-1 at 14:32 ]
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9楼2012-05-01 11:53:29
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cenwanglai

荣誉版主 (知名作家)
★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
huangll99: 金币+5, 多谢指教 2012-05-02 09:18:32
引用回帖:
3楼: Originally posted by huangll99 at 2012-04-30 21:14:26:
参考了一下李明宪的教程，projected band structure 计算分了两步，一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算slab的能带结构；一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算体材料的能带，这时，对于体材料的计算，K点的选 ...

这篇文章的立意在哪里？解决了的问题的重要性在哪里？
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10楼2012-05-01 22:04:18
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huangll99

木虫 (职业作家)
★ ★ ★
fzx2008: 金币+3, 谢谢分享 2012-06-12 18:29:04
引用回帖:
10楼: Originally posted by cenwanglai at 2012-05-01 22:04:18:
这篇文章的立意在哪里？解决了的问题的重要性在哪里？

文章立意：在实际的CMOS器件中HfO2是多晶的，这些晶粒会形成很多的boundary,研究HfO2的表面电子结构，有助于理解这些boundary会对器件引起那些影响。例如，如果最稳定的HfO2表面是导电的，有一定的金属性，会引起很大的门极漏电电流。
文章的主体部分：
1.研究各个表面的表面能，通过对比，分析出能量上最favourable 表面。结论是（111）-O and(110) 最稳定。
2.详细讨论了这两个表面的弛豫，从Hf-O键的离子特性对弛豫的细节进行了解释
3.研究了这些表面的电子结构，分析了它们是导电的还是绝缘的。
解决的问题：HfO2最稳定的表面是（111）-O and(110)面，这两个面是绝缘的，排除了HfO2晶粒boundary引起很大门极漏电电流的可能性。
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11楼2012-05-02 09:17:43
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cenwanglai

荣誉版主 (知名作家)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
11楼: Originally posted by huangll99 at 2012-05-02 09:17:43:
文章立意：在实际的CMOS器件中HfO2是多晶的，这些晶粒会形成很多的boundary,研究HfO2的表面电子结构，有助于理解这些boundary会对器件引起那些影响。例如，如果最稳定的HfO2表面是导电的，有一定的金属性，会引起 ...

学习。

这样计算和分析能带结构，我还不会。空了来学习~
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12楼2012-05-02 09:22:52
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huangll99

木虫 (职业作家)
引用回帖:
12楼: Originally posted by cenwanglai at 2012-05-02 09:22:52:
学习。

这样计算和分析能带结构，我还不会。空了来学习~

我也不会，正在学习中~
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13楼2012-05-02 09:23:49
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awmc2008

至尊木虫 (文坛精英)
送鲜花一朵
跟着学习，谢谢楼主。
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14楼2012-05-02 18:02:50
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chaoma95

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
请问将块体和表面的能带做到一张图上的时候能级的位置怎么对齐？
算块体的能带时用的是原胞还是1乘1乘1的单胞？
算块体的时候，分五个文件夹算能带，那么费米能级会各不相同，提取数据的时候用的是自洽那一步的费米能级吗？
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15楼2012-06-12 16:35:14
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huangll99

木虫 (职业作家)
引用回帖:
15楼: Originally posted by chaoma95 at 2012-06-12 16:35:14
请问将块体和表面的能带做到一张图上的时候能级的位置怎么对齐？
算块体的能带时用的是原胞还是1乘1乘1的单胞？
算块体的时候，分五个文件夹算能带，那么费米能级会各不相同，提取数据的时候用的是自洽那一步的费 ...

额，后来我发现这个办法实在是太麻烦了，我就放弃了
赞一下 回复此楼
16楼2012-06-12 16:39:23
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chaoma95

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
16楼: Originally posted by huangll99 at 2012-06-12 16:39:23
额，后来我发现这个办法实在是太麻烦了，我就放弃了...

额，那楼主有什么简单的办法分享一下吧！不胜感激，还有我的问题楼主还没回答啊，下面是我的测试结果
表面能带如下(与楼主的基本一致)

表面能带



用原胞所计算的块体能带，与楼主的稍有区别（用方框标出）
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17楼2012-06-12 19:53:33
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huangll99

木虫 (职业作家)
★
xueht987: 金币+1, 谢谢回帖，鼓励交流！ 2012-06-12 20:19:45
你可以看一下这个帖子，博主好像有好的办法，但我不知道该怎么处理EIGENVAL，问博主没有搭理我
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f15ead20100haqk.html
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18楼2012-06-12 20:04:23
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chaoma95

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
哦，这个我看过，我知道可以写个脚本进行处理，应该是没问题的，但是我还有一个小问题请教楼主：将块体和表面的能带做到一张图上的时候能级的位置怎么对齐？
算块体的能带时用的是原胞还是1乘1乘1的单胞？
赞一下 回复此楼
19楼2012-06-13 09:36:51
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huangll99

木虫 (职业作家)
引用回帖:
19楼: Originally posted by chaoma95 at 2012-06-13 09:36:51
哦，这个我看过，我知道可以写个脚本进行处理，应该是没问题的，但是我还有一个小问题请教楼主：将块体和表面的能带做到一张图上的时候能级的位置怎么对齐？
算块体的能带时用的是原胞还是1乘1乘1的单胞？

能级对齐应该是用块体的平均静电势和算表面的超胞的bulk-like 位置的平均静电势来对其，只是道听途说，木有实践过
应该是用单胞吧，不过具体到不同的体系可能要用不同的单胞，主要是两者投影的2D布里渊区应该一致，这个你应该找些表面物理的书看看

PS：你说写个脚本来处理，你写出来了吗，写出来了的话拿来分享一下啊，顺便把你画的图贴上来看看
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20楼2012-06-13 10:09:17
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chaoma95

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
20楼: Originally posted by huangll99 at 2012-06-13 10:09:17
能级对齐应该是用块体的平均静电势和算表面的超胞的bulk-like 位置的平均静电势来对其，只是道听途说，木有实践过
应该是用单胞吧，不过具体到不同的体系可能要用不同的单胞，主要是两者投影的2D布里渊区应该一致 ...

没问题，我做的时候，一定贴出来，不过最近要去开会，所以，得过一阵子了，我之前没看过表面物理方面的书，楼主给推荐一本经典的,多谢！
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21楼2012-06-13 21:30:04
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fcyj

木虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
请问这里固定中间三层原子是哪三层啊 ，怎么定义是一层，哪些原子可以算作是在同一层？   先谢谢了！
赞一下 回复此楼
22楼2012-06-26 20:27:38
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strive123123

禁虫 (文坛精英)
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
xueht987: 金币-1 2012-06-27 14:44:10
本帖内容被屏蔽
23楼2012-06-26 20:52:23
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cosfrist

木虫 (小有名气)
顶   学习中
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24楼2012-07-14 10:13:20
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lyylyy1

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
18楼: Originally posted by huangll99 at 2012-06-12 20:04:23
你可以看一下这个帖子，博主好像有好的办法，但我不知道该怎么处理EIGENVAL，问博主没有搭理我
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f15ead20100haqk.html

你好 我也按这个帖子算了一下 但是也不知道怎么导出EIGENVAL的数据 不知你是否找到方法了 谢谢！
赞一下 回复此楼
25楼2012-11-06 10:58:26
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happyzyf

铜虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
3楼: Originally posted by huangll99 at 2012-04-30 21:14:26
参考了一下李明宪的教程，projected band structure 计算分了两步，一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算slab的能带结构；一个是沿着表面布里渊区的高对称K点计算体材料的能带，这时，对于体材料的计算，K点的选取 ...

楼主，你好！请问你提到的参考的李明宪的教程能否给我发一份啊，非常感谢~
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26楼2012-11-22 14:10:13
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yylhoodma

银虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
20楼: Originally posted by huangll99 at 2012-06-13 10:09:17
能级对齐应该是用块体的平均静电势和算表面的超胞的bulk-like 位置的平均静电势来对其，只是道听途说，木有实践过
应该是用单胞吧，不过具体到不同的体系可能要用不同的单胞，主要是两者投影的2D布里渊区应该一致 ...

你好：
    不同的体系可能要用不同的单胞，这能具体的讲一下吗？还有就是在计算时，所取的面的大小是否应该不变？
赞一下 回复此楼
27楼2012-12-24 11:01:17
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xuexingnan2楼
2012-04-30 18:24   回复  
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