AMSET 散射机制：GaAs 分项迁移率实操

如果想知道迁移率主要受声子、杂质还是压电作用限制，可以在同一次 AMSET 计算里启用多种机制，再读取各自的散射率与分项迁移率。本篇用 GaAs 演示四种微观散射，后续的边界与弛豫时间教程再加入 MFP、CRT、SRT。

先按这个流程做#

准备均匀网格能带与波函数 → 补齐材料参数 → 选择散射机制、温度和浓度 → 运行 amset run → 查看分项迁移率 → 画图并检查插值网格。

本例的电子能带和波函数来自 AMSET 0.5.1 官方 GaAs 示例；介电、形变势、光学声子频率等沿用该示例，完整弹性矩阵和压电系数采用注明出处的文献值。我们在鸢算科技集群实际运行了输运计算，本次没有重新做 GaAs DFT，也不将这些混合来源参数称作一套新 DFPT 结果。

1. 下载并运行完整资料#

下载：GaAs 散射输入与绘图包。

unzip amset-scattering-wave193.zip -d amset-scattering
cd amset-scattering
module load amset/0.5.1
bash run.sh

把 bash run.sh 放到已申请的 CPU 资源中执行；资料包不自动提交作业。默认最多同时运行两个单工作进程任务。集群环境为 AMSET 0.5.1、Python 3.11，BoltzTraP2 26.3.1 使用 GCC/G++ 13.3 编译。它计算载流子输运，不是 GPU 加速程序。

完整资料运行八个条件，包括四机制联合、边界散射、弛豫时间与参数变化对照，以及三档插值密度。下面先看其中的 all4-f5。

2. 四种机制分别需要什么#

这里按实际使用的 0.5.1 实现说明参数。晶体存在相应物理作用、且参数可靠时才启用机制；例如不能给中心对称的 Si 随意填入非零压电系数来代表真实材料。

本例参数如下：

压电张量使用标准闪锌矿笛卡尔轴约定。换成旋转后的晶胞或其他材料，应相应处理张量方向；不能只把元素名换掉。

3. 查看实际 settings.yaml#

python prepare.py
cat cases/all4-f5/settings.yaml

若前面已完整运行，直接查看文件即可。准备步骤只重建输入，不会重新运行八组计算。

doping:
- -1.0e+17
temperatures:
- 300
- 600
bandgap: 1.33
scattering_type:
- ADP
- IMP
- PIE
- POP
interpolation_factor: 5
deformation_potential:
- 1.2
- 8.6
elastic_constant:
- - 118.77
  - 53.72
  - 53.72
  - 0
  - 0
  - 0
- - 53.72
  - 118.77
  - 53.72
  - 0
  - 0
  - 0
- - 53.72
  - 53.72
  - 118.77
  - 0
  - 0
  - 0
- - 0
  - 0
  - 0
  - 59.44
  - 0
  - 0
- - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - 59.44
  - 0
- - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - 59.44
high_frequency_dielectric: 10.32
pop_frequency: 8.16
static_dielectric: 12.18
mobility_rates_only: false
write_mesh: true
nworkers: 1
separate_mobility: true
print_log: true
write_input: true
piezoelectric_constant:
- - 0
  - 0
  - 0
  - -0.16
  - 0
  - 0
- - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - -0.16
  - 0
- - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - 0
  - -0.16

doping: [-1e17] 代表电子浓度 10¹⁷ cm⁻³；正值对应空穴。温度为 K，弹性常数为 GPa，压电系数为 C/m²，pop_frequency 为 THz。不要把角频率、普通频率或 cm⁻¹ 数字直接混用。

separate_mobility: true 请求分项迁移率；这是本版本实际使用的设置名。联合计算已经会给出四种机制的贡献，无需为了获得分项结果再分别重跑四遍。

4. 单独运行与看结果#

在一个新准备的工作目录中：

cd cases/all4-f5
amset run
ls transport*.json mesh*.h5
tail -35 amset.log
cd ../..

transport_47x47x47.json 中的 mobility 包含 overall 和四个机制名称；每个值仍是温度、浓度对应的 3×3 张量。本篇表格取对角平均值，不把一个方向的结果冒充所有方向。

本次 47³ 插值网格的实际结果为：

分项迁移率表示“只保留该机制时”的输运结果，不是它在总迁移率里占多少百分比。AMSET 先在各电子态上合并散射率，再积分得到输运系数；不能要求各分项迁移率的倒数在任何情况下都严格满足简单的标量相加关系。

5. 用工具提取和画图#

完整运行后，资料根目录执行：

python analyze.py
head -8 analysis/mobilities.csv
bash plot-native.sh
ls figures native-plots

在包内的 AMSET 环境使用上述 Python 命令。analyze.py 读取真实 JSON/HDF5；plot-native.sh 调用四条原生命令，示意如下：

amset plot mobility cases/all4-f5/transport*.json
amset plot transport cases/all4-f5/transport*.json
amset plot rates cases/all4-f10/mesh*.h5 -d 0 -t 0 --plot-type lifetime
amset plot convergence cases/all4-f5/transport*.json cases/all4-f10/transport*.json cases/all4-f20/transport*.json

包里的脚本还设置了输出目录与参数，并为原生绘图进程准备 Matplotlib 接口兼容层；直接运行 bash plot-native.sh 即可，不需要修改集群安装。-d 0、-t 0 是列表索引，对应本例第一档浓度和 300 K。

速率图只展示实际输运能量窗口内的点。窗口外 HDF5 中可能存放数值填值，不能把那些平坦数值解释为高能电子态的真实散射率，具体读法见输出与模型对照。

6. 插值密度还要继续检查#

interpolation_factor 控制总网格密度的大致放大，不是每个方向的点数。本例实际得到：

从 10 到 20，总迁移率仍变化约 15.5%，部分分项约 14.7%–17.0%。这些数据可以用来学操作、理解机制与参数，不能据此宣称 GaAs 的迁移率或所有散射贡献已经收敛。正式计算需继续加密网格，并核对材料参数与能带来源。

更多输入步骤见AMSET 输入准备与插值和波函数。方法参考：AMSET 散射说明、官方 GaAs 示例。

继续检查网格#

插值网格收敛对照保持本篇全部材料参数，增加到因子50/100，提供99³/125³真实结果与两张对照图。50→100仍不满足原5%条件，不能把这些迁移率当作已收敛材料预测。