ZnO带隙的计算问题

南天门小童子 · 发表于 Post on 2020-7-29 11:31:06

ZnO实验上测得的带隙为3.37eV,我使用DFTB+计算的结果为3.377eV，但我看见Materialsproject上给的值为0.732eV，后来我让同学用QE帮我算了一下，结果也是0.7eV左右，为什么在使用不同计算软件的时候，ZnO带隙的计算会出现如此大的差异？希望各位老师不吝赐教，多谢！

granvia · 发表于 Post on 2020-7-29 12:16:10

ZnO是公认的半导体吧，那个实验有出处吗？DFTB+是半经验的DFT，计算能带误差应该很大。另外，比较带隙结果不能看软件，而应看计算方法，尤其是泛函的类型

南天门小童子 · 发表于 Post on 2020-7-29 21:35:16

granvia 发表于 2020-7-29 12:16
ZnO是公认的半导体吧，那个实验有出处吗？DFTB+是半经验的DFT，计算能带误差应该很大。另外，比较带隙结果 ...

带隙的大小我是从文献《 comprehensive review of ZnO materials and devices 》中看到的，DFTB确实不准，但是其计算结果却和实际带隙大小接近。而QE给出的结果，以及Materialsproject 上的数据却和实际带隙相差很大，即时计算方法不同以及泛函类型不同，也不应该有这么大的差距吧？实在让人很疑惑

万里云 · 发表于 Post on 2020-7-29 22:08:13

ZnO带隙是公认的难算。

PBE结果只有0.5-0.7 eV，G0W0结果能到1.4 eV，不计代价调高计算参数，或者用自洽GW，能到3 eV的样子。

实际上，ZnO已经是一个标准的测试样本了。很多做GW方法都会拿它来练手。

卡开发发 · 发表于 Post on 2020-7-30 06:32:05

本帖最后由卡开发发于 2020-7-30 06:34 编辑

万里云发表于 2020-7-29 22:08
ZnO带隙是公认的难算。

PBE结果只有0.5-0.7 eV，G0W0结果能到1.4 eV，不计代价调高计算参数，或者用自洽 ...

最坑爹的是，这个体系DFT+U在Zn上影响很小，反而加在O(2p)才能显著改善gap，杂化泛函就比较容易凑准了。LCAO基组比较小精度比较低的情况，可能算出来的gap会比较宽，这时候基本上可以认为是凑出来的。

granvia · 发表于 Post on 2020-7-30 12:22:31

卡开发发发表于 2020-7-30 06:32
最坑爹的是，这个体系DFT+U在Zn上影响很小，反而加在O(2p)才能显著改善gap，杂化泛函就比较容易凑准了。L ...

DFTB+里的泛函应该是LDA，不是杂化泛函吧

卡开发发 · 发表于 Post on 2020-7-30 12:32:03

granvia 发表于 2020-7-30 12:22
DFTB+里的泛函应该是LDA，不是杂化泛函吧

我指的是某些杂化泛函可能比G0W0凑得还好点。

Penson · 发表于 Post on 2020-8-2 00:02:34

为什么ZnO会这么难算准？和它的结构特殊性有关吗？

泡泡媛 · 发表于 Post on 2020-8-3 09:11:00

同好奇，DFTB我想是因为借用了实验的参数才会跟实验比较相符吧，半经验的方法有一些是借用已知的参数来算的

kyuu · 发表于 Post on 2020-8-3 10:43:11

泡泡媛发表于 2020-8-3 09:11
同好奇，DFTB我想是因为借用了实验的参数才会跟实验比较相符吧，半经验的方法有一些是借用已知的参数来算的

进步神速？

kyuu · 发表于 Post on 2020-8-3 10:45:24

板凳吃瓜

wendawei · 发表于 Post on 2020-8-8 14:24:46

如上面大佬说，杂化泛函可以凑
PBE0和HSE06之类的，计算速度实在...............
想快的，推荐MBJ（也可以凑...）我那WIEN2K的MBJ试了一下ZnO，默认参数(选择new mbj, 2012)能得到3.0~3.1 eV，稍微调了参数，变成3.4~3.5 eV

卡开发发 · 发表于 Post on 2020-8-8 16:58:49

wendawei 发表于 2020-8-8 14:24
如上面大佬说，杂化泛函可以凑
PBE0和HSE06之类的，计算速度实在...............
想快的，推荐MBJ（也可 ...

如果只算块体能带的话，MBJ是好办法。

wcwlk22 · 发表于 Post on 2020-8-28 16:00:59

granvia 发表于 2020-7-29 12:16
ZnO是公认的半导体吧，那个实验有出处吗？DFTB+是半经验的DFT，计算能带误差应该很大。另外，比较带隙结果 ...

CMP语境下半导体和绝缘体其实是一个意思，实验上主要测电阻-温度就能看出来。温度上升电阻下降的，都是绝缘体。

wcwlk22 · 发表于 Post on 2020-8-28 16:10:17

卡开发发发表于 2020-7-30 06:32
最坑爹的是，这个体系DFT+U在Zn上影响很小，反而加在O(2p)才能显著改善gap，杂化泛函就比较容易凑准了。L ...

我觉得是这样的，描述强关联体系的Hubbard model里 H~tight binding energy+ U（n↑n↓+n↓n↑），n是自旋数密度算符。而+2价的Zn外层d轨道恰好是满层，满层n↑n↓的作用恰好抵消了；且一般认为满层电子比较惰性，没什么奇异的电子性质。
作为对照，La2CuO4，典型的Mott insulator，就是Cu d电子轨道半满，考虑U以后打开一个大的gap因此是绝缘体。（能带理论预测它是金属）

所以道理上+2 Zn贡献的电子性质影响不是很大，至于O的p轨道我就不清楚了。

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