【CP2K教程（二）】石墨烯和 h-BN 的投影态密度

1. 控制文件

2. 数据分析

在下面的练习中，我们将研究两个相似二维结构的态密度：

石墨烯
六方氮化硼

两者都具有相同的二维晶体结构，唯一的区别是晶格常数，一个仅由碳组成，另一个由硼和氮组成。与前面的练习类似，我们用晶胞写出坐标：

&GLOBAL
  PROJECT graphene_pdos
  RUN_TYPE ENERGY 
  PRINT_LEVEL MEDIUM
&END GLOBAL

&FORCE_EVAL
  METHOD Quickstep
  &DFT
    BASIS_SET_FILE_NAME  BASIS_MOLOPT
    POTENTIAL_FILE_NAME  POTENTIAL

    &POISSON
      PERIODIC XYZ
    &END POISSON
    &SCF
      SCF_GUESS ATOMIC
      EPS_SCF 1.0E-6
      MAX_SCF 300

      # The following settings help with convergence:
      ADDED_MOS 100
      CHOLESKY INVERSE
      &SMEAR ON
        METHOD FERMI_DIRAC
        ELECTRONIC_TEMPERATURE [K] 300
      &END SMEAR
      &DIAGONALIZATION
        ALGORITHM STANDARD
        EPS_ADAPT 0.01
      &END DIAGONALIZATION
      &MIXING
        METHOD BROYDEN_MIXING
        ALPHA 0.2
        BETA 1.5
        NBROYDEN 8
      &END MIXING
    &END SCF
    &XC
      &XC_FUNCTIONAL PBE
      &END XC_FUNCTIONAL
    &END XC
    &PRINT
      &PDOS
        # print all projected DOS available:
        NLUMO -1
        # split the density by quantum number:
        COMPONENTS
      &END
    &END
  &END DFT

  &SUBSYS
    &CELL
      # create a hexagonal unit cell:
      ABC 2.4612 2.4612 15.0
      ALPHA_BETA_GAMMA 90. 90. 60.
      SYMMETRY HEXAGONAL
      PERIODIC XYZ
      # and replicate this cell (see text):
      MULTIPLE_UNIT_CELL 2 2 1
    &END CELL
    &TOPOLOGY
      # also replicate the topology (see text):
      MULTIPLE_UNIT_CELL 2 2 1
    &END TOPOLOGY
    &COORD
      SCALED
      C  1./3.  1./3.  0.
      C  2./3.  2./3.  0.
    &END
    &KIND C
      ELEMENT C
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE
    &END KIND
  &END SUBSYS

&END FORCE_EVAL

单胞的复制是必要的，因为程序仅在 Γ 处采样，除非另有说明，否则我们将难以获得有意义的态密度采样（例如，布里渊区上的网格将太粗糙）。另一种选择（我们将在下一个练习中研究）是对 k 点进行采样。

除了输出文件之外，您还将获得一个名为 graphene_pdos-k1-1.pdos 的文件（准确地说，您将获得每种原子类型的一个这样的文件，但这里我们只有一个，碳），其内容类似于：

 Projected DOS for atomic kind C at iteration step i = 0, E(Fermi) =    -0.061771 a.u.
#     MO Eigenvalue [a.u.]      Occupation                 s                py                pz                px               d-2               d-1      
          d0               d+1               d+2
       1         -0.798996        2.000000        0.83986852        0.00000000        0.00000000        0.00000000        0.00000000        0.00000000        0.16013148        0.00000000        0.00000000
       2         -0.764498        2.000000        0.42353037        0.12725580        0.00000000        0.36601449        0.01397386        0.00000000        0.06436706        0.00000000        0.00485843
[...]

这些列对应于基组中存在的轨道（因此投影 DOS）。通常，您现在会使用高斯绘制卷积图以获得平滑的 DOS，但您也可以简单地将其绘制为散点图或垂直线图。

另请注意能量的单位，单位为 Eh。在查看 DOS 图时，您可能希望将其转换为 Electronvolt。

虽然一些有助于收敛的新选项具有数字性质，但smearing不是。

对不同的多个单元格 3x3x1、4x4x1、5x5x1、6x6x1 和 7x7x1 重复上述计算
即使您不需要进行任何平滑处理，也可以为每个模拟创建 DOS 图。
你明白为什么需要进行单胞复制吗？提示：石墨烯有带隙吗？比较 3x3x1 和 5x5x1 的图。
..哪个状态（s，px，..）主要负责？
重复 h-BN 的计算（使用 DZVP-MOLOPT-SR-GTH 基组代替 DZVP-MOLOPT-GTH 并将晶格常数更改为 2.504Å）。
再次创建绘图（记住：现在有两个 pdos 文件，每种一个）。与石墨烯有什么明显区别？
你现在明白为什么我们需要smearing了吗？

参考资料

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exercises:2016_uzh_cmest:calculating_pdos [CP2K Open Source Molecular Dynamics ]

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