本文旨在介绍基于PWmat的自洽计算(SCF)过程,详细阐述了材料计算、建模、输入文件生成、参数配置、输出文件解析、脚本使用以及结果可视化等多个关键环节。
首先,以金刚石结构为例,该结构属于立方空间群,在计算中与四个等效的碳原子通过角共享形成四面体结构,所有碳键长均为指定数值。
构建模型时,可借助龙讯云计算平台的免费建模软件Q-Studio进行。具体操作为,从数据库导入指定元素(如Si)的模型,并下载至建模窗口。
之后,使用Q-Studio构建的模型生成PWmat所需的输入文件atom.pwmat。值得注意的是,atom.config与atom.pwmat文件格式相同,仅文件名有所区别,需在相关配置文件中相应调整参数。
在etot.input文件中,针对FermidE的设置,金属可能需要设置较大的值,而半导体则可使用默认值。
为了计算材料的电子结构,需要生成赝势文件,以Si为例,使用Si.SG15.PBE.UPF文件。
计算结果输出文件包括REPORTOUT.OCC,展示各k点不同能级的本征能量与占据数,以及处理脚本Gap_Read,提供价带顶(VBM)与导带低(CBM)信息。
为了进一步分析总电荷密度,使用convert_rho.x工具将输出文件转换为XSF格式(兼容XCrySDen、VESTA),生成RHO.xsf文件。同时,利用plot_wg2.x脚本实现实空间波函数可视化,生成PSI.xsf文件,有助于直观理解材料电子态分布。
在分析计算结果时,注意到价带顶位于16能级,且能级14、15、16为重叠能带。在绘制VBM能带图时,输入能级14与16即可。
值得注意的是,PWmat脚本中存在两个相似命令:plot_wg.x与plot_wg2.x。其中,plot_wg.x仅用于输出某个k点单个波函数的电荷密度,而plot_wg2.x则提供在一定范围内波函数电荷密度的可视化,通过输入能级范围来获取特定能带内的电荷密度分布。
如在计算过程中发现任何错误或有疑问,欢迎提出指正。