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标题: dos与band形状及费米能级对应不一致 [打印本页]

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Author: 珊珊来迟 时间: 2021-2-23 22:28
标题: dos与band形状及费米能级对应不一致
如图一所示，计算态密度时导带有一个尖峰，然而能带的导带是较为分散的一条能带，并没有与态密度导带对应的局域态出现（计算态密度时kpoints已做过收敛性测试，dos的形状应该是没有什么问题）。猜想可能的原因是band只计算了特殊路径的能带，但这里已经考虑了布里渊区中给出的所有路径（图二）。1.想从band中找到与dos导带处所出现的这个局域的峰所对应的能带，但不知该如何找到？或者说并没有必要去找，出现这种band与dos不符的情况是正常的？
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2、另外还有一个问题困惑已久：在画band和dos时（用vaspkit处理的数据），会将费米能级平移至零点位置。由于band和dos的费米能级不一致，会出现对不齐的情况，一般是会将band或dos做一个平移。但请问应该按照band的费米能级平移还是按照dos的呢？（个人感觉是按照dos平移，因为band计算的是一些特殊的点，费米能级不准）
3、比如我计算的体系（小分子单晶，三维体系，含C,S,N原子），band费米能级位于带隙中间，而dos的费米能级进入了价带。此时应该将band按照dos的费米能级平移吗？另外，对于本征半导体，vasp计算出来的费米能级不是在禁带中间位置吗？为何dos显示费米能级进入了价带呢？如果是dos的这种费米能级穿过价带的情况，岂不是会定性得出体系具有半金属性的结论？
4.还有的程序会直接将价带顶设置为费米能级，一直不太理解，如果说费米能级是可以人为随意移动的，那我们根据费米能级与能带的相对位置来定性判断体系是否有金属性/半金属性还有意义吗？再者，如果都将费米能级设置到价带顶，对于掺杂的体系，如何判断掺杂之后造成的费米能级向导带/价带移动的情况呢？
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作者
Author: granvia 时间: 2021-2-23 22:33
布里渊区中给出的所有路径? 不可能吧，布里渊区里的点有无数个

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Author: 珊珊来迟 时间: 2021-2-24 09:05

granvia 发表于 2021-2-23 22:33
布里渊区中给出的所有路径? 不可能吧，布里渊区里的点有无数个

我的表述有误了。。只考虑了布里渊区图中标明的那些路径。。
所以dos有尖峰而band没有对应的平缓的能带的话是否也是正常情况的了？毕竟band不能考虑到所有路径。不知道我的理解是否正确

作者
Author: 卡开发发 时间: 2021-2-27 08:30
1、可以看下不同的k对应的不同能带在这个窄峰位置能级的对应，造成这样问题的原因我暂时不是很明确。
2、原则上k足够的情况band和dos计算得到的Fermi能级不会显著不同。band计算所包含的信息并不是只有高对称点和路径上的，而是会读取自洽得到的密度和本征值去计算其余高对称点的本征值，原有自洽得到的能级是不变的。
3、0点位置是因为采用了smearing的方法，导致轨道被展宽后一部分延伸到Ef之上，并不是能级真的跨过了Fermi能级。
4、非金属体系的Fermi能级其实没有严格的物理意义，计算上可能通常定义到价带顶，半导体物理上可能是定义在CBM和VBM之间，但这样和判断金属性方面并没有什么冲突。至于固体计算过程中的能级可以被平移是另外一件事，这个和周期性的Coulomb作用的处理有关。如果是因为DOS的展宽问题而引起判断差异，建议调整展宽值并增加k点来提升Fermi面附近E-k的分辨率，对于非金属体系索性就可以用四面体的方法来代替展宽（金属原则上能用，但k的收敛请小心测试）。

另：可以看下自洽和DOS的k再提升一些对结果的影响。

作者
Author: 珊珊来迟 时间: 2021-2-27 18:36

卡开发发发表于 2021-2-27 08:30
1、可以看下不同的k对应的不同能带在这个窄峰位置能级的对应，造成这样问题的原因我暂时不是很明确。
2、 ...

谢谢您的耐心解答！对于展宽问题，我在计算dos时都用的ISMEAR=-5,计算能带时都采用的ISMEAR=0。另外还有几个问题想请教您：
1.您说的第一点我没太理解，“在这个窄峰位置能级的对应”是指什么呢？2.vasp在计算能带时，费米能级是定义在CBM和VBM中间的吗（对于本征半导体来说）?
3.如果说dos的计算会应展宽或k点的因素造成判断误差，那是不是能带计算给出的费米能级和band的相对位置关系给出的要更准确一些？因为我在看文献时，有见到过如下对能带的讨论，费米能级进入到了价带，所以体系有金属性质（有的说半金属性）：“the pristine PEDOT is a semiconductor, whereas both lightly and heavily doped crystalline PEDOT:Tos are metallic as the Fermi energy shifts into the valence band (VB)”。而对于您第四点说到的，和判断金属性方面并无冲突，您是指通过带隙来判断吗？ (, 下载次数 Times of downloads: 75)

4.我提升了自洽和dos的k点，发现我帖子中第一张图给出的dos结果已基本无变化，而最后一张图的dos出现较大程度的平移（增大k点费米能级变化较多，从182个k点的2.536eV变为了196个k点的3.895eV,继续增加k点至238，费米能级数值保持在3.895）

作者
Author: 卡开发发 时间: 2021-2-27 19:11

珊珊来迟发表于 2021-2-27 18:36
谢谢您的耐心解答！对于展宽问题，我在计算dos时都用的ISMEAR=-5,计算能带时都采用的ISMEAR=0。另外还有 ...

1、就是看一下窄峰这个位置的能级是多少，然后OUTCAR里面有不同能级占据数的情况，根据这个做判断看看是否有不一致的情况。
2、不是，计算程序多半都是定义在价带顶，这样写程序计算的时候会比较方便。我把问题3一部分放在这：当体系没金属性的情况下，也就是明确有gap在价带和导带的时候，这时候Ef在这当中什么位置其实都无所谓，此时不影响判断是否是金属性，只看gap就行。
3、理论上来说是，k点同样充分的情况展宽会导致价带顶可能会越过Fermi能级，当然k都不充分的情况计算结果都不可靠的情况就没啥好说了。另外这种情况不算是半金属性（比如Fe3O4的alpha带是有gap的，beta带没gap，这样的才算），不过倒是有可能会是p型的半导体。
4、那对于第一张图应该可能就是这样的了，看看能带是个什么样的情况，最好像1中提到的那样再看看占据数。不过我不知道你的体系是啥情况导致你的体系看上去不像是一般的本征结构，最好确认下结构是没问题的。

作者
Author: 珊珊来迟 时间: 2021-2-27 22:30

卡开发发发表于 2021-2-27 19:11
1、就是看一下窄峰这个位置的能级是多少，然后OUTCAR里面有不同能级占据数的情况，根据这个做判断看看是 ...

感谢老师！学到很多！您第一点说到了能级占据数的情况，我查看了dos和band的能带占据数，发现有几条能带是不对应的。下图黑色是band，白色是dos。第212条能带对应的是导带的位置，二者均为0.但这之上的几条能带不对应。从band结果来看，208-211出现了分数占据，我理解是因为费米能级穿过了这几条能带，所以能带是未充满的（这里想到一个问题，如果我想计算空穴有效质量，是只考虑价带即211能带，还是费米能级穿过的能带都要考虑呢？从能级和第一张band图中也可以看出，211和210条能带是基本重合的，是否这两条能带都要考虑呢？）。
另外我不太清楚如何根据这个占据数的对应情况来解决上述的第一个问题呢？
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作者
Author: 卡开发发 时间: 2021-2-27 22:57

珊珊来迟发表于 2021-2-27 22:30
感谢老师！学到很多！您第一点说到了能级占据数的情况，我查看了dos和band的能带占据数，发现有几条能带 ...

208-211的分数占据是因为你使用了展宽引起的，应该不是这个问题引起的那个局域峰和能带对不上。我觉得可能需要排查的是那个窄峰出现的位置所对应的能级在能带计算和DOS计算不同k的情况下，两者有所不同。如果确实从DOS上看窄峰也不是窄带的贡献，那应该就没啥问题了。

作者
Author: 珊珊来迟 时间: 2021-2-28 11:04

卡开发发发表于 2021-2-27 22:57
208-211的分数占据是因为你使用了展宽引起的，应该不是这个问题引起的那个局域峰和能带对不上。我觉得可 ...

老师我看了一下，dos对应能级在不同k点下占据数是一样的，而band出现了不一样的情况，主要集中在高对称点Y以及R右边的几个点，他们的占据数为大小不等的分数，而其他均为0. 但还是不太懂这个结果怎么分析。。这怎么看出窄峰是否为窄带的贡献呢？希望老师再帮学生指点迷津

另外如果可确定窄峰不是窄带的贡献，就说明dos和band确实是这种不对应的情况，但具体为什么不对应还得再找原因对吗

作者
Author: 卡开发发 时间: 2021-2-28 11:18

珊珊来迟发表于 2021-2-28 11:04
老师我看了一下，dos对应能级在不同k点下占据数是一样的，而band出现了不一样的情况，主要集中在高对称点 ...

1、在Fermi能级附近从占据数2（非自旋极化的情况）经过分数过渡到0这种也都是展宽引起的，无需过于担心。这也是对你前面给的图占据数分数情形的解释。DOS没有是因为你的DOS计算用了四面体的方法做的。
2、就是说，我们先确定窄峰在DOS上的能级范围，然后对照OUTCAR不同的k点中同样的能级范围看看这个窄峰是由哪些能级组成，然后在能带当中也根据这个能量范围确定能带的标号画出来，看看是否这些能带能够确实与DOS一致。
3、虽然不是必须，只是免得审稿人问起来没办法解释，不如提前把顾虑解决掉，也顺带检查下计算中是否因为某些设置因粗心而犯错。

作者
Author: 运气加持 时间: 2021-12-2 15:45

卡开发发发表于 2021-2-27 08:30
1、可以看下不同的k对应的不同能带在这个窄峰位置能级的对应，造成这样问题的原因我暂时不是很明确。
2、 ...

老师，我想请教一下您说的第四点，如果计算上费米能级被定义到价带顶，那么是不是无法通过计算判断一种半导体是N型还是P型呢？我计算TiO2得到的费米能级就在价带顶附近，但是资料显示TiO2是N型半导体。

作者
Author: 卡开发发 时间: 2021-12-3 01:04

运气加持发表于 2021-12-2 15:45
老师，我想请教一下您说的第四点，如果计算上费米能级被定义到价带顶，那么是不是无法通过计算判断一种半 ...

可能不大好用这种方式判断。

作者
Author: 运气加持 时间: 2021-12-3 11:24

卡开发发发表于 2021-12-3 01:04
可能不大好用这种方式判断。

嗯嗯，谢谢老师

作者
Author: LY3353311 时间: 2022-1-26 12:47

珊珊来迟发表于 2021-2-27 18:36
谢谢您的耐心解答！对于展宽问题，我在计算dos时都用的ISMEAR=-5,计算能带时都采用的ISMEAR=0。另外还有 ...

萌新求问，一般band用ISMEAR=0计算时，此时涉及展宽，而如果dos用布洛赫修正四面体法，就不涉及展宽的困扰，此时如果band的K点取值没有问题，那么费米能级处的情况，应该是dos结果更准一点吧。

作者
Author: ice-wine 时间: 2022-6-7 12:00
老师您好，我遇到了和楼主同样的问题，也看了您的解释，有一点小疑问。我用pymatgen绘图，脚本如下
bs_vasprun = Vasprun("./band/vasprun.xml",parse_projected_eigen=True)
bs_data = bs_vasprun.get_band_structure(line_mode=True, force_hybrid_mode=True)

dos_vasprun=Vasprun("./dos/vasprun.xml")
dos_data = bs_vasprun.complete_dos

plt_1 = BSDOSPlotter(bs_projection=None, dos_projection=None)
plt_1.get_plot(bs=bs_data,dos=dos_data)

plt_6 = DosPlotter(stack=False,sigma=0.5)
plt_6.add_dos('total dos',dos=dos_data)

理论上绘图读取的dos数据都一样，为何在图1中费米能级在DOS图中间，而在图6中费米能级进入了价带。感谢

作者
Author: hf_hua 时间: 2022-9-1 12:25

ice-wine 发表于 2022-6-7 12:00
老师您好，我遇到了和楼主同样的问题，也看了您的解释，有一点小疑问。我用pymatgen绘图，脚本如下
bs_vas ...

同学你的问题解决了吗

作者
Author: 乘风万里 时间: 2022-12-26 13:38
本帖最后由乘风万里于 2022-12-26 13:46 编辑

ice-wine 发表于 2022-6-7 12:00
老师您好，我遇到了和楼主同样的问题，也看了您的解释，有一点小疑问。我用pymatgen绘图，脚本如下
bs_vas ...

图1是半导体，参考卡卡老师上面的回复，非金属体系的Fermi能级没有严格的定义，常见的定义在价带顶，但是VASP数据不是简单地用pymatgen就能画出这个效果的，你得手动调。
参考你的代码，可以在读入bs_data后这么写:

if not bs_data.is_metal():

bs_data.efermi =bs_data.get_vbm()['energy']

然后就可以画出想要的效果，DOS数据同理。

图6你的sigma跟plot range都取得太大了。

作者
Author: fux 时间: 2023-3-24 15:11

ice-wine 发表于 2022-6-7 12:00
老师您好，我遇到了和楼主同样的问题，也看了您的解释，有一点小疑问。我用pymatgen绘图，脚本如下
bs_vas ...

这里感觉画的DOS是不是有点平滑太多了，细节都被吞了好多，先把能量对应到相近的范围减小平滑再分析吧。

作者
Author: zhangbo11011 时间: 2024-2-29 18:10
您好，请问一下，价带顶穿过费米能级必须是金属吗？会不会有可能是P型简并半导体呢

作者
Author: 文学 时间: 2024-10-23 21:40

运气加持发表于 2021-12-2 15:45
老师，我想请教一下您说的第四点，如果计算上费米能级被定义到价带顶，那么是不是无法通过计算判断一种半 ...

时隔多年，遇到了类似的问题，看到了帖子。这个问题我想谈谈想法，无缺陷的TiO2其实是本征半导体，所以算出来费米能级在价带顶。而我们常说的“TiO2是N型半导体”这句话是因为实际存在的TiO2多少会有O空位，导致其成为N型半导体。如果计算O空位TiO2的DOS，我们会发现费米能级在导带底，这是典型的N型半导体的特征。
以上为个人理解，欢迎纠错讨论。

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