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zhangfrank金虫 (正式写手)
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关于体材料计算（形成能vs费米能级的图）的几个疑问，向大家请教与交流已有2人参与
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1. LVTOT=TRUE除了对slab体系，能用于bulk体系么 2. 偶极矩修正IDIPOL=3在算bulk defect 的时候需要么？ 3.Charged surface/interface可行么？即是否可以vasp计算带电的表面界面slab？以及是否可以画表面、界面体系的形成能vs费米能级的图 4. 假设某材料的PBE下bandgap是2eV，HSE修正后是3ev；pbe下的在CBM以下0.5eV有一个gap state，hse修正后这个gap state的位置（从dos、band计算的gap state）是0.5*3/2这样的线性modification吗？ 5. 假设某材料的PBE下bandgap是2eV，HSE修正后是3ev；pbe下的在CBM以下0.5eV有一个(0/-)的transition level，hse修正后这个(0/-) transition level的位置是0.5*3/2这样的线性modification吗？ 6. 上面4和5的结合：块体点缺陷分析计算出来的transition level（跃迁能级）和dos里面的trap level (缺陷能级或者陷阱能级）有任何关系么？ 7. 算缺陷形成能公式中有一个delta V修正项，计算中怎么具体确定这个数值 8.关于如何把计算的(理想，未参杂)半导体的CBM VBM与vacuum level对齐, 我能想到有俩方法： (1). 算完自洽步，OUTCAR里面就有vacuum level的数值，同时可以在outcar里面读出来VBM CBM的数值（Gamma点处最高填满的band和最低未填满的band），后者减去前者就是VBM、CBM相对真空能级（把真空能级设为0）的位置； (2).用功函数对齐，功函数是真空能级与费米能级的差，而可以在outcar里面读出来费米能级、VBM、CBM三者的数值，用功函数做校准，就可以得到真空能级在0eV处的VBM CBM位置。 请问这俩方法有什么区别么？还是说哪一种都可以~ 9. E(formation energy) vs Fermi level这个图的横轴和纵轴怎么理解 10. Band edge (比如CBM)到（q/q+1）的能量差就是对应的辐射发光的波长么？好像有人讨论说(q/q+1)的transition level是thermodynamic transition level，跟optical transition level是不同的。但是依然看到有很多人只是算了（q/q+1）的位置然后就开始讨论辐射发光了，是否合理？ |
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 VASP | 带电掺杂体系形成能 | VASP | 缺陷计算 |
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【答案】应助回帖
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zhangfrank: 金币+20, ★★★很有帮助 2018-03-29 00:20:12
漫天飘雪: 回帖置顶 2018-03-29 08:32:01
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漫天飘雪: 回帖置顶 2018-03-29 08:32:01
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好�?心，一口氣問十個問禔.............. 1. LVTOT=TRUE除了对slab体系，能用于bulk体系么 > LVTOT 的用途是命令 VASP 輸出 LOCPOT 這個檔案 (potential) 跟你計算什麼體系是無關連性的 就算你只是算單一顆原子，一樣也可以給 LVTOT，然後得到 local potential 2. 偶极矩修正IDIPOL=3在算bulk defect 的时候需要么？ > 只要系統有產生 dipole，就可以用這個 dipole correction 所以你應該要思考的是，bulk defect 是否會產生 dipole 3.Charged surface/interface可行么？即是否可以vasp计算带电的表面界面slab？以及是否可以画表面、界面体系的形成能vs费米能级的图 > 看不懂這題 4. 假设某材料的PBE下bandgap是2eV，HSE修正后是3ev；pbe下的在CBM以下0.5eV有一个gap state，hse修正后这个gap state的位置（从dos、band计算的gap state）是0.5*3/2这样的线性modification吗？ > 不是 HSE 修正不是只單純對 empty state 修正 而是 empty & filled states 都有修正到 所以不能用線性去預測 5. 假设某材料的PBE下bandgap是2eV，HSE修正后是3ev；pbe下的在CBM以下0.5eV有一个(0/-)的transition level，hse修正后这个(0/-) transition level的位置是0.5*3/2这样的线性modification吗？ > 同上，不是線性 6. 上面4和5的结合：块体点缺陷分析计算出来的transition level（跃迁能级）和dos里面的trap level (缺陷能级或者陷阱能级）有任何关系么？ > 這要先問，你知道 CTL & DOS 的含意嬤? 如果這兩個東西你都能瞭解，我想你應該不會問這問題了 7. 算缺陷形成能公式中有一个delta V修正项，计算中怎么具体确定这个数值 > 有許多GROUP對這個修正項下很多功夫 也就是說，處理的方式有許多，多看些文章吧 J. Phys. C: Solid State Phys. 18, 973 (1985) Phys. Rev. B 51, 4014 (1995) Physica B 340-342, 407-411 (2003) Phys. Rev. Lett. 102, 016402 (2009) Phys. Rev. Lett. 110, 095505 (2013) Phys. Rev. B 89, 195205 (2014) (這只是冰山的一角呀) 8.关于如何把计算的(理想，未参杂)半导体的CBM VBM与vacuum level对齐, 我能想到有俩方法： (1). 算完自洽步，OUTCAR里面就有vacuum level的数值，同时可以在outcar里面读出来VBM CBM的数值（Gamma点处最高填满的band和最低未填满的band），后者减去前者就是VBM、CBM相对真空能级（把真空能级设为0）的位置； (2).用功函数对齐，功函数是真空能级与费米能级的差，而可以在outcar里面读出来费米能级、VBM、CBM三者的数值，用功函数做校准，就可以得到真空能级在0eV处的VBM CBM位置。 请问这俩方法有什么区别么？还是说哪一种都可以~ > 理論上，在 wide-bandgap system 裡 Fermi level 就是 VBM 計算上透過數值方法處理時，Fermi level & VBM 不會完全相等，會有微小差別 這差別基本上可以透過 SIGMA 去調整 所以 用哪一個方法都沒問題，只要闡述清楚即可 9. E(formation energy) vs Fermi level这个图的横轴和纵轴怎么理解 > 縱軸就是 Formation energy，這應該不用解釋 你上面問這麼多問題，我想~你對 defect formation energy 應該是有一定程度了解 而 x 軸的 Fermi level 就是 defect formation energy 公式內的那個 Fermi energy term 這個數字是變數，手動去改變 Fermi level，得出的 defect formation energy 就會不一樣 10. Band edge (比如CBM)到（q/q+1）的能量差就是对应的辐射发光的波长么？好像有人讨论说(q/q+1)的transition level是thermodynamic transition level，跟optical transition level是不同的。但是依然看到有很多人只是算了（q/q+1）的位置然后就开始讨论辐射发光了，是否合理？ > transition level 是 thermodynamic or optical 應該是要著重在，是否有考慮 phonon |
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3楼2018-03-28 10:05:35
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5楼2018-03-29 10:48:02
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我们讨论bulk defect没有体材料，所以我的疑问是，应该比较哪一个average potential 的difference。 BTW，如何从 microscopic average potential得到macroscopic average potential 您有相关的处理数据的脚本么？ >> 方法是一樣的，bulk 內當然是沒有 vacuum level 但，你若是要找 “远离缺陷位置的平均静电势之差” 其�?技術上就很像是去看 vacuum level (vacuum 就是遠離表面的地方) 這兩種 potential 處理上，我都是自己寫程式去處理的 |
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12楼2018-03-30 02:15:27
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14楼2018-03-30 05:55:22
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2楼2018-03-27 13:56:57
zhangfrank
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非常感谢jp兄~因为自己研究，不懂的太多，所以只能找网上的经验前辈指点了~关于上面的问题，您解答非常好！ 其中若干我没有表述清楚/依然有疑问的，再次列在这里，希望可以进一步请教交流： Q2: 你觉得bulk point defect会产生所谓的dipole么？ Q3:我的意思是，对于bulk defect，存在“缺陷带电（positive/negative）的概念，从而可以讨论形成能vs费米能级的关系”，所以这些是否可以用于表面、界面体系的讨论呢，从而看在半导体表面、界面体系中的缺陷形成能，以及缺陷的donor/acceptor behaviour？ Q7: 在发帖后，自己读文章，的确是了解到了~Prof. Van de Walle老师主要推荐用“远离缺陷位置的平均静电势之差”，我的疑问是，是采用plane average (算出来的LOCPOT，用vtotav.x处理后得到potential vs z的曲线）potential 之差，还是用macroscopic average potential （貌似是对vtotav.x处理过的LOCPOT后的输出文件再求一次平均）之差？ Q6Q9: 在发帖后，我自己又继续去看站内其他帖子做研究，一些个人的理解请点评下是否合理： DOS算的gap state缺陷能级是在半导体内实实在在的能级，在能带图中有实在的对应。费米能级定了后，它处于被电子填满或者空态。 CTL，缺陷转移能级（or 缺陷跃迁能级？哪个翻译更加合适？）是讨论缺陷的不同带电情况下的物理概念，是不同价态之间有相同缺陷形成能时候对应的电子费米能级的能量，也就是电离能，即电子填充到这个费米能级时候这个缺陷的价态发生了改变；因为缺陷的价态发生了改变，所以它参与电子跃迁以及电子/空穴复合过程。 疑问（1）：DOS里面讨论的缺陷能级它参与电子跃迁，以及电子/空穴的复合么？ 疑问（2）：为什么很少（或者说基本没有）看到文章里面把DOS/BAND里面的缺陷能级和CTL里面的transition level放在一起讨论？完全没有关系么？ 对jp兄再次表示感谢！ |
4楼2018-03-29 00:19:24
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6楼2018-03-29 10:49:55
【答案】应助回帖
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非常感谢jp兄~因为自己研究，不懂的太多，所以只能找网上的经验前辈指点了~关于上面的问题，您解答非常好！ >> 謝謝 ^__^ Q2: 你觉得bulk point defect会产生所谓的dipole么？ >> Physically, 當然，point defect in bulk 是會產生 dipole 只是，就我的理解，VASP dipole correction 似乎是不能應用在 bulk case http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/guide/node143.html Q3:我的意思是，对于bulk defect，存在“缺陷带电（positive/negative）的概念，从而可以讨论形成能vs费米能级的关系”，所以这些是否可以用于表面、界面体系的讨论呢，从而看在半导体表面、界面体系中的缺陷形成能，以及缺陷的donor/acceptor behaviour？ >> bulk defect 的那一套概念，是可以套用在 表面或界面，這是沒問題的 只是，在表面系統或是 2D 系統，charged 這回事產生的問題，比 bulk phase 還?淼穆闊� 可以去看一下 Kaxiras 大神 2017 的 PRB [PRB 95, 235310, (2017)] Q7: 在发帖后，自己读文章，的确是了解到了~Prof. Van de Walle老师主要推荐用“远离缺陷位置的平均静电势之差”，我的疑问是，是采用plane average (算出来的LOCPOT，用vtotav.x处理后得到potential vs z的曲线）potential 之差，还是用macroscopic average potential （貌似是对vtotav.x处理过的LOCPOT后的输出文件再求一次平均）之差？ >> 前者 不過，說�?話，我看不太懂你寫的前者與後者，兩種方式的差別在哪裡 ....呵 Q6Q9: 在发帖后，我自己又继续去看站内其他帖子做研究，一些个人的理解请点评下是否合理： DOS算的gap state缺陷能级是在半导体内实实在在的能级，在能带图中有实在的对应。费米能级定了后，它处于被电子填满或者空态。 CTL，缺陷转移能级（or 缺陷跃迁能级？哪个翻译更加合适？）是讨论缺陷的不同带电情况下的物理概念，是不同价态之间有相同缺陷形成能时候对应的电子费米能级的能量，也就是电离能，即电子填充到这个费米能级时候这个缺陷的价态发生了改变；因为缺陷的价态发生了改变，所以它参与电子跃迁以及电子/空穴复合过程。 疑问（1）：DOS里面讨论的缺陷能级它参与电子跃迁，以及电子/空穴的复合么？ 疑问（2）：为什么很少（或者说基本没有）看到文章里面把DOS/BAND里面的缺陷能级和CTL里面的transition level放在一起讨论？完全没有关系么？ >> 綜合回應一下，以下是這幾年做 point defect 的經驗與心得分享，應該可以回答到你上面的疑惑 若有什麼地方不是正確的，請直接點出沒關係 1. DFT 計算出?淼哪茈A(state)，也就是對應到DOS內的 state，是建構在 Kohn-Sham theorm 下， 是對應到某個特定的狀態(ground state or excited state)的 "這個瞬間" 的電子結構 2. 所以，比方你做某個 point defect 的 ground state，其 filled state 在 VBM+1.0 eV 位置上，empty state 在 VBM+2.0 eV 位置上 兩者間能量差 1.0 eV，不代表當 filled state 電子躍遷到 empty state 須要 1.0 eV 3. 單純的 DFT 計算，不會考慮到 electron-hole interaction，必須要做 Berry phase 計算才行 4. CTL 作圖時，x-axis 是 Fermi level，y-axis 是 formation energy DOS 作圖時，x-axis 是 eigenvalue (energy)，y-axis 是 number of state (state intensity) 兩者........... 是不同的東西 (CTL 的 energy 是 Fermi energy，DOS 的 energy 是 eigenvalue energy) |
7楼2018-03-29 13:05:12
zhangfrank
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多谢jp兄继续指点交流~！！ Q7继续补充：我从谷歌图片随机找了一个average potential的图片Planar-averaged-electrostatic-potential-dashed-line-and-its-macroscopic-average-solid Prof. Van de Walle老师主要推荐用“远离缺陷位置的平均静电势之差”，我的疑问是，是采用plane average potential (算出来的LOCPOT，用vtotav.x处理后得到potential vs z的曲线，即附图中黑色虚线）之差，还是用macroscopic average potential （附图中的蓝色实线）之差？ BTW，我已经会画中的黑色虚线了，如何从黑色虚线得到图中的蓝色实线呢？这个一直还不会。。。 Q6Q9: 继续展开讨论 我们以（0/-）跃迁，即中性的defect从价带获得一个电子，从而产生emission发光过程为例：既然对于DOS/BAND里面讨论的缺陷能级，您说它是“瞬间”的电子结构，那我们是否可以理解为在发生跃迁前，缺陷能级的位置就在这个DOS/band计算出来的能级位置，一旦这个缺陷能级获得价带来的电子后，发生晶格弛豫，这个能级位置产生变化，便不在中性情况下算出来的DOS/band里面的能级位置了么？  Planar-averaged-electrostatic-potential-dashed-line-and-its-macroscopic-average-solid.png |
8楼2018-03-29 15:48:59
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Q7继续补充：我从谷歌图片随机找了一个average potential的图片Planar-averaged-electrostatic-potential-dashed-line-and-its-macroscopic-average-solid Prof. Van de Walle老师主要推荐用“远离缺陷位置的平均静电势之差”，我的疑问是，是采用plane average potential (算出来的LOCPOT，用vtotav.x处理后得到potential vs z的曲线，即附图中黑色虚线）之差，还是用macroscopic average potential （附图中的蓝色实线）之差？ BTW，我已经会画中的黑色虚线了，如何从黑色虚线得到图中的蓝色实线呢？这个一直还不会。。。 >> see，“远离缺陷位置的平均静电势之差” 其�?也就像是你圖中 vacuum region 無論 black dashed line or blue line，在 vacuum region，其 potential 是相等的 plane average potential，也可以叫做 microscopic average potential，就是對每個 z 點做 xy 平面的 potential 平均 而 macroscopic average potential 是對 microscopic average potential 再進一步做 dz 的平均 see http://electrons.wikidot.com/dharma Q6Q9: 继续展开讨论 我们是否可以理解为在发生跃迁前，缺陷能级的位置就在这个DOS/band计算出来的能级位置 >> YES 一旦这个缺陷能级获得价带来的电子后，发生晶格弛豫，这个能级位置产生变化，便不在中性情况下算出来的DOS/band里面的能级位置了么？ >> YES, exactly |
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9楼2018-03-29 22:00:32
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再次再次表示感谢~ Q7：怪我找的图片不好，这个图只是用来说明什么是microscopic average potential什么是macroscopic average potential 。我找的图片的物理模型MgO/Fe/MgO/Vacuum最右面的那段平的应该是vacuum的对应的vacuumlevel吧。 我们讨论bulk defect没有体材料，所以我的疑问是，应该比较哪一个average potential 的difference。 BTW，如何从 microscopic average potential得到macroscopic average potential 您有相关的处理数据的脚本么？ Q6Q9 非常感谢一次次的耐心指点~ |
10楼2018-03-29 22:13:18
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