TDDFT计算软件Octopus学习笔记(五)：介电函数和吸收谱(ZnO)

本文进行光学性质的计算，以ZnO的介电函数为例。Octopus以时间依赖密度泛函理论(TDDFT)为理论基础，对材料施加一定的外界扰动，通过一定时间的传播，搜集相应的响应数据，进而得出各种光学性质。
整个计算同样是分为两步，首先计算基态(gs),再计算时间传播(td)。
基态计算的inp文件如下：

CalculationMode = gs
FromScratch = yes
PeriodicDimensions = 3
ParKPoints = auto
BoxShape = parallelepiped
ExperimentalFeatures=yes
PseudopotentialSet = pseudodojo_pbe     # 使用pbe赝势%Spacing                 # 单位 Bohr0.20 | 0.20 | 0.20
%%LatticeVectors            # 相应晶格参数可从 https://materialsproject.org/ 网站上得到1.0 | 0.0   | 0.0-0.5 | sqrt(3)/2 | 0.00.0 | 0.0   | 1.0
%a = 3.289*angstrom
b = 5.307*angstrom
%LatticeParametersa | a | b
%%ReducedCoordinates"O"  | 1/3 | 2/3 | 0.379214"O"  | 2/3 | 1/3 | 0.879214"Zn" | 1/3 | 2/3 | 0.000000"Zn" | 2/3 | 1/3 | 0.500000
%%KPointsGrid8  |  8  |  6
%
KPointsUseSymmetries = yes
%SymmetryBreakDir1 | 0 | 0
%DFTULevel = dft_u_empirical               # 使用DFT+u 来扩展带隙
%Species"Zn" | species_pseudo | hubbard_l | 2 | hubbard_u | 12.8*eV"O"  | species_pseudo | hubbard_l | 1 | hubbard_u | 5.29*eV
%# DFT+u 理论参数取自文献： Luis A. Agapito, Stefano Curtarolo, and Marco Buongiorno Nardelli.
#Reformulation of DFT+u as a pseudohybrid hubbard density functional
#for accelerated materials discovery. Phys. Rev. X, 5:011006, Jan 2015.

然后进行时间传播的计算

CalculationMode = td        # td计算
FromScratch = yes
PeriodicDimensions = 3
ParKPoints = auto         #自动分配k点以进行并行计算
ExperimentalFeatures=yes        #使用实验特性
PseudopotentialSet = pseudodojo_pbe   #使用pbe赝势
BoxShape = parallelepiped       #模拟盒形状为平行正六面体%Spacing        #单位为Bohr0.2 | 0.2 | 0.2
%%LatticeVectors1.0 | 0.0   | 0.0-0.5 | sqrt(3)/2 | 0.00.0 | 0.0   | 1.0
%a = 3.289*angstrom
b = 5.307*angstrom
%LatticeParametersa | a | b
%
%ReducedCoordinates             #约化坐标"O"  | 1/3 | 2/3 | 0.379214"O"  | 2/3 | 1/3 | 0.879214"Zn" | 1/3 | 2/3 | 0.000000"Zn" | 2/3 | 1/3 | 0.500000
%
%KPointsGrid8  |  8  |  6
%
KPointsUseSymmetries = yes  #k点的设置，对称性和对称性破坏方向均需要与gs设置相同
%SymmetryBreakDir1 | 0 | 0
%DFTULevel = dft_u_empirical          #理论等级修正为DFT+U
%Species"Zn" | species_pseudo | hubbard_l | 2 | hubbard_u | 12.8*eV"O"  | species_pseudo | hubbard_l | 1 | hubbard_u | 5.29*eV
%%GaugeVectorField      #施加外界扰动电磁场，以速率规范(velocity gauge)的形式给出
1|0|0                             #单位为Hartree
%TDPropagator = aetrs         #传播子算法
TDTimeStep = 0.02           #时间步长，单位是 hbar/Hartree， 选择方法在“注1”中
TDPropagationTime  = 200    #总传播时间TDExponentialMethod = lanczos
TDExpOrder = 16PropagationSpectrumDampMode = polynomial
PropagationSpectrumMaxEnergy = 5*eV

计算结束后，相应信息储存在 ./td.general 文件夹下的 gauge_field 文件中。 Octopus自带小程序来处理这个文件，只需要在含有inp文件的目录下(即 ./ 目录)运行 oct-dielectric-function 命令，小程序自动运行，就会在 ./td.general 文件夹中生成 “dielectric_function”， “inverse_dielectric_function” 和 “chi” 这3个文件。其中 “dielectric_function” 文件即包含有介电函数的信息。其文件内部结构如下：

 # energy    Re x    Im x     Re y    Im y   Re z   Im z

共7列，分别是：能量，介电函数在x方向的实部，虚部，在y方向实部，虚部，z方向实部，虚部。
使用画图小软件gnuplot，简单画图，即可看x方向虚部。

gnuplot
plot "dielectric_function" u 1:3 w l

还可以通过介电函数实部和虚部来计算吸收谱：

注1：时间步长的确定

时间步长的选择十分重要，太大的步长会导致计算发散，太小的步长又会浪费计算时间。合理的选择思路如下：在不施加外界微扰的情况下进行时间传播计算，传播两百步左右，由于未施加扰动，系统始终处于基态，所以在第一步的总能量和第二百步的总能量应该相同，但是实际计算中，如果时间步长太大，起点和终点的总能量会略有不同，更大的时间步长甚至会导致总能量发散，出现NaN字样，即 Not A Number。但是，起点和终点的总能量调节至完全相同需要很小的步长，会浪费计算时间，所以，选择一个好的步长是十分重要的。

TDDFT计算软件Octopus学习笔记(五)：介电函数和吸收谱(ZnO)相关推荐

TDDFT计算软件Octopus学习笔记(四)：带隙优化方法
密度泛函理论是一种基态的理论,然而能带结构和带隙属于物质的激发态特性.因此DFT的固有缺点就是会低估带隙能量.这一缺点可以通过不同的方式加以修正.本文介绍两种方法. (一) DFT+U方法 (以ZnO ...
TDDFT计算软件Octopus学习笔记(三)：能带结构(ZnO)
本文以氧化锌ZnO为例,计算其能带结构.能带结构的计算需要两个步骤,第一步,进行基态(gs)计算,第二步,进行非占据态(unocc)计算. 基态计算的inp文件如下: CalculationMode ...
软件调试学习笔记（五）—— 软件断点内存断点
软件调试学习笔记(五)-- 软件断点&内存断点调试的本质软件断点软件断点的执行流程分析INT 3执行流程实验:处理软件断点内存断点内存断点的执行流程实验:处理内存断点调试的本 ...
python函数是一段具有特定功能的语句组_Python学习笔记(五)函数和代码复用
本文将为您描述Python学习笔记(五)函数和代码复用,具体完成步骤: 函数能提高应用的模块性,和代码的重复利用率.在很多高级语言中,都可以使用函数实现多种功能.在之前的学习中,相信你已经知道Pyth ...
【软考中级】软件设计师学习笔记
软件设计师学习笔记计算机系统知识程序语言设计数据结构操作系统软件工程基础知识结构化开发方法创建型设计模式行为型设计模式结构型设计模式: 算法设计与分析数据库技术基础网络与信息安全 ...
Python学习笔记五：控制语句
Python学习笔记五:控制语句 Pycharm 开发环境的下载安装配置_项目管理控制语句 Pycharm 开发环境的使用 Pycharm 下载和安装激活和选择不同UI 风格创建项目和初始化配置 ...
吴恩达《机器学习》学习笔记五——逻辑回归
吴恩达<机器学习>学习笔记五--逻辑回归一. 分类(classification) 1.定义 2.阈值二. 逻辑(logistic)回归假设函数 1.假设的表达式 2.假设表达式的意义 ...
《计算广告》学习笔记（二）
<计算广告>学习笔记(二) 第三章:在线广告产品概述 3.1商业产品的设计原则 3.2广告系统的产品接口第四章:合约广告 4.1广告位合约 4.2受众定向 4.2.1受众定向方法概览 4 ...
JAVA学习笔记五---函数
JAVA学习笔记五---函数 5.1 方法的学习编写一个程序,求圆的周长和面积. package practice; /*** 编写一个程序,求圆的周长和面积.* @author iszhangyo ...

TDDFT计算软件Octopus学习笔记(五)：介电函数和吸收谱(ZnO)

TDDFT计算软件Octopus学习笔记(五)：介电函数和吸收谱(ZnO)相关推荐

最新文章

热门文章