VASPKIT:输运、带隙与有效质量
先确定能带极值位置,再在其邻域进行细密采样。有效质量来自局部曲率;Boltzmann输运还依赖散射时间、温度、载流子与积分网格,示例参数不能直接转为器件性能。
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先确定能带极值位置,再在其邻域进行细密采样。有效质量来自局部曲率;Boltzmann输运还依赖散射时间、温度、载流子与积分网格,示例参数不能直接转为器件性能。
先准备示例#
下载输入、后处理数据与绘图脚本,解压后进入目录:
unzip vaspkit-examples-*.zip
cd vaspkit-examples
python3 prepare.py
module load vaspkit/1.5.1
prepare.py从集群安装的官方examples复制需要的原始示例;附件本身不转发这些分发文件。每个功能的目录独立,下面的cd cases/...均从附件根目录开始。完成一个功能后可用cd ../..回到根目录。
主要例子的文件#
安装包示例 EMC/MoS2,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
完整的配套文件通过附件和prepare.py准备。若本功能需要WAVECAR/WAVEDER,先按新计算与波函数准备运行自己的VASP,不使用其他体系的波函数代替。
各功能操作#
681 · 输运网格#
按下面顺序输入;原子编号从1开始,元素名与当前POSCAR一致。更换体系时先核对所需的文件和编号。
实例来源:安装包示例 Boltzmann_transport/Si,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/681
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
681
0.08
目录中的主要配套文件:CONTCAR、DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPOINTS、POSCAR。
本次得到:KPOINTS。原始输入与结果保持在同一例子目录;表格文件先查看首行列名,再选择横纵轴。
本例输出摘要(数值仅对应上述输入):
* 0.01 is Generally Precise Enough!
Reciprocal Lattice Vectors (in Units of 1/Angstrom):
-1.1629067753 1.1629067753 1.1629067753
1.1629067753 -1.1629067753 1.1629067753
1.1629067753 1.1629067753 -1.1629067753
Reciprocal Lattice Constants: 2.0142 2.0142 2.0142
Real-Space Lattice Constants: 3.8205 3.8205 3.8205
K-Mesh Size: 4 4 4
Number of Elements: 1
POTCAR File No.1: [ POTCAR_Si ], Valence Electron: 4.0
Total Atoms: 2
Total Valence Electrons: 8.0
682 · Boltzmann输运#
示例Si的电子输运采用INPUT.in中的温度、化学势和模型参数。电导/热电导对散射时间的处理必须按该文件和输出单位解释,不能从图中直接读取真实材料电阻率。 本例弛豫时间填写1 s,用于归一化展示与散射时间相关的系数,不能当作材料的真实散射寿命。
实例来源:安装包示例 Boltzmann_transport/Si,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/682
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
682
目录中的主要配套文件:CONTCAR、DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPOINTS、POSCAR。
本次得到:CARRIER_CONCENTRATION.dat、ELECTRONIC_CONDUCTIVITY.dat、ELECTRONIC_THERMAL_CONDUCTIVITY.dat、POWER_FACTOR.dat、SEEBECK_COEFFICIENT.dat。原始输入与结果保持在同一例子目录;表格文件先查看首行列名,再选择横纵轴。
本例输出摘要(数值仅对应上述输入):
Chemical Potential Range (eV): -2.00 2.00
Number of Intervals: 21
Temperature (K): 300.00
Relaxation Time (s): 0.10E+01
Percentage complete: 23.8%
Percentage complete: 47.6%
Percentage complete: 71.4%
Percentage complete: 95.2%
Percentage complete: 100.0%
911 · 带隙摘要#
按下面顺序输入;原子编号从1开始,元素名与当前POSCAR一致。更换体系时先核对所需的文件和编号。
实例来源:安装包示例 EMC/MoS2,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/911
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
911
目录中的主要配套文件:DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPATH.in、KPOINTS、POSCAR。
本例输出摘要(数值仅对应上述输入):
Band Gap (eV): 1.6219
Eigenvalue of VBM (eV): -2.1163
Eigenvalue of CBM (eV): -0.4944
Fermi Energy (eV): -1.8528
Band Indexes of VBM & CBM: 9 10
Kpt Indexes of VBM & CBM: 1 44
Location of VBM (frac.): 0.000000 0.000000 0.000000
Location of CBM (frac.): 0.333333 0.333333 0.000000
912 · 指定能带有效质量#
官方MoS2第10条带,K→Γ和K→M,得到0.473与0.524 m0。保留INPUT.in中的小范围取点设置,不用整条高对称路径拟合有效质量。
实例来源:安装包示例 EMC/MoS2,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/912
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
912
10
目录中的主要配套文件:DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPATH.in、KPOINTS、POSCAR。
本次得到:K-G_B10.dat、K-M_B10.dat。原始输入与结果保持在同一例子目录;表格文件先查看首行列名,再选择横纵轴。
本例输出摘要(数值仅对应上述输入):
Band Index: 10 Effective-Mass (in m0) Fitting-Precision
K-Path Index 1: K->G 0.473 2.744E-08
K-Path Index 2: K->M 0.524 1.052E-07
913 · 带边有效质量#
只适用于此处的非自旋极化半导体约定。金属、掺杂和SOC态需先判断带边。
实例来源:安装包示例 EMC/MoS2,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/913
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
913
1
目录中的主要配套文件:DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPATH.in、KPOINTS、POSCAR。
本例输出摘要(数值仅对应上述输入):
Band Index: LUMO = 10 HOMO = 9
Effective-Mass (in m0) Electron (Prec.) Hole (Prec.)
K-Path Index 1: K->G 0.473 (2.7E-08) -0.569 (1.0E-08)
K-Path Index 2: K->M 0.524 (1.1E-07) -0.691 (1.3E-07)
914 · 角度依赖有效质量#
选择第1条带演示角度扫描;真实电子或空穴质量必须选自己的CBM或VBM,而不是照抄1。
实例来源:安装包示例 angular_dependent_EMC/GaAs_bulk,在集群重新执行本功能;不是本轮重新进行全部上游VASP计算。
在附件根目录执行:
cd cases/914
vaspkit < answers.in
answers.in实际内容如下,每行对应一次输入;也可运行vaspkit后逐行手动键入。
914
1
目录中的主要配套文件:CONTCAR、DOSCAR、EIGENVAL、INCAR、INPUT.in、KPOINTS、POSCAR。
本次得到:EMC_B0001.dat。原始输入与结果保持在同一例子目录;表格文件先查看首行列名,再选择横纵轴。
可用head 文件名查看表头,结构结果可在VESTA中打开,曲面数据按对应网格绘制。
917 · 费米速度#
按下面顺序输入;原子编号从1开始,元素名与当前POSCAR一致。更换体系时先核对所需的文件和编号。
本例当前程序产生额外异常路径并中断,部分写出的速度数值不作为结果使用。有效质量示例912可正常运行;速度分析应在核对路径单位后由局部能带斜率计算v=(1/ħ)dE/dk。
本例未提供可直接采用的原生结果。
换成自己的体系#
先复制一份计算目录,确认POSCAR、INCAR、KPOINTS和各结果来自同一计算,再运行所需菜单。涉及静态、优化或声子等前置VASP任务,先完成计算再后处理;VASPKIT不会替代这些计算。保留结构、输入参数、工具版本和提取后的数据,后续改图时不必反复重算。
方法参考:VASPKIT官方教程;菜单与交互输入以本专题实际使用的安装版本为准。使用结果开展研究时引用VASPKIT论文。