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与狼共舞701

金虫 (小有名气)

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[交流] MS——DMOL 高手请进：费米能级功函数 HOMO LUMO已有1人参与

第一部分：
1）对于DMOL3 模块的计算，费米能级是怎么确定的或费米能级是依据什么确定的？是不是把价带顶作为费米能级？谢谢！
2）我用DMOL3 模块计算了（5,5）戴帽子碳纳米管（模型如图1）的能带（如图2和3）和态密度（如图4）。图2是由DMOL3 画出来的能带和带密度图，图2给出了带隙是0.42 Ha （1.1 eV）。图3 和图 4 是用Origin 画出来的能带和态密度图。
问题：DMOL给出的带隙是1.1 eV，但是从图3 和图4 可以看出刚好有一个能带和费米能级重合。那么如何判断这条能带是全占据还是半占据的呢，如果是全占据的则说明所计算的碳管是半导体，如果是半占据的那么所计算的碳管是金属性质的，即如何说明所计算的碳管是半导体而不是金属性质的？我在文章中给出所计算的模型（图1）是一个带隙为 1.1 eV 的半导体，同时给出了它的态密度图（图4），审稿人提出图4 说明所计算的模型（图1）是一个金属，让我解释
附：我所计算的碳管是放在一个20*20*20 A 的盒子里计算的，这个模型在三维上都处于纳米尺寸范围内，可以看做是一个量子点或人工原子。

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
第二部分：
1. dmol 计算会直接给出带隙大小，请问在dmol里费米能级是不是定义为价带顶？我计算（5,5）戴帽子的碳纳米管的分子占据轨道得到图5和图6的结果，从结果来看最高分子占据轨道（即价带顶）就是费米能级，费米能级大小为 -5.131 eV。
2. 我用1 中的模型又计算了碳管的功函数，计算出的结果如图7，图7 显示费米能级为 -4.59 eV
注：我所用的模型为（5,5）戴帽子的碳管，另一端用H饱和，放在一个20*20*20 A 的盒子里，然后切（001）面，再添加30 A 的真空层。用dmol计算功函数必须在一个面上添加真空层。

问题：
1. 为什么1和2两种计算得到的费米能级不一样？
2. dmol在计算功函数时费米能级是怎么定义的，是指价带顶（如果是那么为什么2中计算得到的费米能级的值和1中的不一样）还是指带隙的中间值（即（HOMO=LUMO）/ 2 ，1中计算得到的带隙的中间值为 4.55 eV，这个值和1中得到的费米能级的值几乎一致）？

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1楼2015-01-15 20:36:30

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liqizuiyang

木虫 (著名写手)

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引用回帖:

6楼: Originally posted by 与狼共舞701 at 2015-01-16 14:29:15
三楼你好！
1. 从图5和图6可以推出软件是将HOMO当做为费米能级。但是我用同一种模型计算其功函数的得到的费米能级却不是HOMO的能量值，如图7，参见第二部分问题2，请问这个怎么解释啊，同一种软件在计算不同性质时 ...

对于半导体，有人将费米能级定义为价带顶，有人将费米能级定义为能带中间值，总的来说不是一个well defined的物理量。金属的费米能级有确定的物理意义。

功函数和费米能级不一定一样。要计算功函数，零势能面必须取无穷远，而一般的DFT计算零食能面选取比较随意。算功函数时给出的费米能级可能已经减去了静电势在六个晶面上的平均值。严格的功函数计算必须用Delta SCF或GW方法。

能带比较平直，是因为搭了很大超胞，这一周期和下一周期间原子相互用作很弱，色散关系就接近孤立的单个周期，也就是一个分子。

我觉得只要把能级图附带在态密度旁边，就足以证明不是金属。