Билет № 19

2. Моделирование электронной структуры одностенной углеродной нанотрубки с использованием программного пакета PWSCF.

Метод супер-ячейки: необходима периодичность по всем направлениям, поэтому транслируем по перпендикулярному направлению (к оси вдоль трубки) на такое расстояние, чтобы взаимодействие между трубками было мало (≈12 Å)

1.  control:

calculation: scf (Примечание. Расчет ТФП. Из теории ФП можно получить только энергию основного состояния Е₀  и волновую функцию основного состояния Ψ₀ . При моделировании:1) с помощью ТФП находим Е₀, Ψ₀; 2)далее ищем состояния, ортогональные основному)

           restart_mode: ”from_scretch”  (запустить заново с места разрыва)

prefix = одностенная углеродная нанотрубка (название задачи)

tstress = true

tprnfor = true

pseudo_dir – папка, откуда брать псевдопотенциал

   outdir – указывается папка, где сохраняются временные файлы и волновые функции

3.system:

ibrav = 8 (тип решетки Браве – ортогональная)

  длины векторов трансляции, перпендикулярные вектору трансляции вдоль трубки

сelldm(1) = a (трансляция вдоль трубки)

nat = число (Сколько атомов в базисе. Базис в нашем случае – сечение трубки)

ntype = 1 (количество типов атомов в базисе)

occupations = fixed – считает ступеньку между занятыми и свободными состояниями (не используется скругление)

ecutwfc = выбираем произвольно (энергия обрезки блоховских функций (до какой энергии будем рассматривать разложение блоховских функций). Энергия обрезки определяется из условия того, что при изменении энергии обрезки энергия основного состояния не меняется  Для первого раза энергия обрезки выбирается произвольно)

4.                     electrons (описывает, как решается функционал плотнотности):

diagonalisation = “david” (diagonalisation – тип диагонализации матрицы. “david” – более быстрый метод, чем “cg”, но иногда этот метод не работает)

сonv_thr = 1.0d – 8 (сonv_thr – порог сходимости – меняется только когда рассчитываем фононную структуру)

5.                     ATOMIC SPECIES  (какие типы атомов входят в базис:

название атома_атомная масса_файл псевдопотенциала)

       С                        28,086          файл псевдопотенциала

 

 6.ATOMIC_POSITION (координаты атомов базиса)

alat  -  в единицах параметра решетки

bohr – в единицах бора

crystal – в единицах кристаллических осей

angstram – в единицах ангстрема

 

7.       K_POINTS –  набор k-точек

K_POINTS

Если использовать scf, то используем , т.е. делить на равные отрезки IЗБ.

16   16   16 – указывается, на сколько частей делится IЗБ по трем направдениям

16   16   16   0   0   0

0   0   0 – без сдвига каждый следующий шаг

 

Запуск программы

Результат:

total energy

estimated scf accuracy

 

Произвольные параметры: энергия обрезки и набор k-точек. Сначала меняем энергию обрезки, потом подбираем, на сколько частей разделить IЗБ. Затем после подбора k-точек снова проверяем энергию обрезки. Если материал металлический, то такой же метод применяется и для размытия ступеньки.

Запускаем программу relax (calculation: relax)  и добавляем блок ions (экстраполяция волновой функции и потенциала (по второму кругу))

relax и scf помогают найти энергию основного состояния

           Далее происходит релаксирование атомов, потом релаксирование решетки, потом снова релаксирование атомов.

Алгоритм:

1) проводим релакс

2) копируем полученные координаты атомов

3) запуск vс-relax

4) получение координат векторов трансляции

5) значения векторов трансляции копируем в relax

6) запуск relax

7) полученные координаты атомов и векторов трансляции копируем в scf

8) снова запуск scf-цикл

9) получаем энергию основного состояния Е₀

 

Итог: получили равновесные координаты атомов, равновесные параметры решетки, правильную энергию обрезки и определили, на сколько частей поделить IЗБ, чтобы на каждом отрезке волновая функция не менялась, а при переходе от отрезка к отрезку слабо менялась, получили Е₀