VASP 能带、DOS与有效质量
从同一SCF密度出发，计算硅的能带与纵向、横向电子有效质量。
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想知道材料有没有带隙、哪些轨道构成带边，先计算电子结构；想描述载流子在带边的响应，再拟合有效质量。两者使用的k点组织不同。
1. 先SCF，再分别做能带和DOS#
- 优化结构。本例金刚石硅原胞2个原子。
- 用均匀11×11×11 Gamma网格做SCF，设置LCHARG=.TRUE.，保存收敛CHGCAR。
- 能带目录复制同一POSCAR、POTCAR和CHGCAR，设置ICHARG=11；用高对称路径替换KPOINTS，本例G–X–W–K–L共101点。
- DOS用较密的均匀网格，不使用高对称路径积分。设置LORBIT=11可以输出原子/轨道投影；检查所需NEDOS和能量范围。
- 提交各目录，使用VASPKIT或配套解析读取EIGENVAL/vasprun.xml，统一能量零点后画图。对于半导体，图中以VBM为零比直接套用不唯一的禁带内费米能更清晰。
ICHARG = 11
IBRION = -1
NSW = 0
LORBIT = 11
ISYM = 0
EDIFF = 1E-6
这是固定电荷的PBE能带设置，不能机械搬到HSE上。杂化泛函的路径计算与分段方式见yskit分段能带。
2. 再找带边、拟合曲率#
先沿Gamma–X定位硅的导带谷，再围绕该位置取笛卡尔倒空间偏移。这里沿谷方向与垂直方向，各取−0.025到+0.025 Å⁻¹的11点，共22点。
拟合E(k)=a·δk²+b·δk+c，电子有效质量m*/me=3.80998212/a，其中a的单位是eV·Å²。不能把分数倒坐标直接当Å⁻¹；空穴质量还要处理价带最大值的负曲率与简并。
| 方向 | m*/me | 拟合最大残差 / meV |
|---|---|---|
| longitudinal | 0.96487 | 0.04140 |
| transverse | 0.19645 | 0.04545 |
有效质量只描述局部带边，不等同于迁移率；迁移率还需要散射时间及相应模型。改变拟合窗口后应检查质量是否稳定，简并带和非抛物线带不能随意用一个标量概括。
3. 常见判断边界#
能带图只覆盖选定路径，不能保证没有漏掉路径外极值；判断直接/间接带隙还要搜索完整布里渊区。PDOS是投影结果，不是严格唯一的原子轨道电子数。带展开需要超胞与原胞映射及谱权重计算；给超胞画几条折叠能带不等于完成展开。费米面则需要三维均匀k网格的等能面，不能由一条路径推断。
环境与下载#
本页数据在鸢算科技集群实际计算。VASP 6.6.1、PBE PAW版本64、ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6；所用优化结构按自由原子力0.02 eV/Å准备。GPU程序采用NVHPC 25.3、CUDA 12.8、HPC-X 2.22.1和MKL 2023.2。方法专用参数以各目录INCAR为准。
解压后先看README。准备有权使用、与POSCAR元素顺序匹配的POTCAR，按目录run.sh提交Slurm作业；后处理结果须由自己的新计算重新提取。附件中的reference结果是本次参考值。公开包不含POTCAR、WAVECAR及原始私有日志。