AMSET計算不同散射機(jī)制下載流子遷移率
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AMSET可根據(jù)第一性原理輸入來計算固態(tài)半導(dǎo)體和絕緣體載流子散射率。擴(kuò)展了現(xiàn)有的極性和非極性電子-聲子耦合、離子化雜質(zhì)和基于各向同性能帶結(jié)構(gòu)的壓電散射機(jī)制的公式以支持高度各向異性的材料?？稍诟咄坑嬎愎ぷ髁鞒讨惺褂茫跃_篩選載流子遷移率、壽命和熱電功率。
? ? 軟件下載地址：
https://github.com/hackingmaterials/amset
本文以軟件example為基礎(chǔ)，整理計算得到不同散射機(jī)制下載流子遷移率流程。
amset手冊中提到計算考慮的散射機(jī)制有
Acoustic deformation potential scattering (ADP)、
Piezoelectric scattering( PIE)、
Polar optical phonon scattering(POP)、
Ionized impurity scattering(IMP)
https://hackingmaterials.lbl.gov/amset/scattering/
以example中GaAs文件夾中的vasprun.xml文件中的信息，可提取出提交計算的INCAR設(shè)置內(nèi)容。
以此為基礎(chǔ)，計算使用的INCAR設(shè)置為
Global Parameters
ISTART =? 1? ? ? ? ? ? (Read existing wavefunction, if there)
ISPIN? =? 1? ? ? ? ? ? (Non-Spin polarised DFT)
# ICHARG =? 11? ? ? ? ?(Non-self-consistent: GGA/LDA band structures)
LREAL? = .FALSE.? ? ? ?(Projection operators: automatic)
ENCUT? =? 400? ? ? ? (Cut-off energy for plane wave basis set, in eV)
PREC? ?=? Accurate? ?(Precision level: Normal or Accurate, set Accurate when perform structure lattice relaxation calculation)
LWAVE? = .TRUE.? ? ? ? (Write WAVECAR or not)
LCHARG = .TRUE.? ? ? ? (Write CHGCAR or not)
ADDGRID= .TRUE.? ? ? ? (Increase grid, helps GGA convergence)
?LVTOT? = .TRUE.? ? ? (Write total electrostatic potential into LOCPOT or not)
?LVHAR? = .TRUE.? ? ? (Write ionic + Hartree electrostatic potential into LOCPOT or not)
Electronic Relaxation
ISMEAR =? 0? ? ? ? ? ? (Gaussian smearing, metals:1)
SIGMA? =? 0.001? ? ? ? ?(Smearing value in eV, metals:0.2)
NELM? ?=? 90? ? ? ? ? ?(Max electronic SCF steps)
NELMIN =? 6? ? ? ? ? ? (Min electronic SCF steps)
EDIFF? =? 1E-08? ? ? ? (SCF energy convergence, in eV)
# GGA? =? PS? ? ? ? ? ?(PBEsol exchange-correlation)
?
Ionic Relaxation
NSW? ? =? 00? ? ? ? ? (Max ionic steps)
IBRION =? -1? ? ? ? ? ? (Algorithm: 0-MD, 1-Quasi-New, 2-CG)
ISIF? ?=? 3? ? ? ? ? ? (Stress/relaxation: 2-Ions, 3-Shape/Ions/V, 4-Shape/Ions)
EDIFFG = -2E-02? ? ? ? (Ionic convergence, eV/AA)
ISYM =? 0? ? ? ? ? ?(Symmetry: 0=none, 2=GGA, 3=hybrids)
?LORBIT =11
- 在文件夾README.md文件中作者提到計算所使用的為Γ中心的17x17x17?KPOINTS
INCAR中需要設(shè)置LWAVE ?= .TRUE.?以獲得WAVECAR，
amset wave
然后獲得wavefunction.h5文件，作為后續(xù)amset運行的輸入文件。
可手動編寫一個settings.yaml或python腳本執(zhí)行amset計算，獲得材料能帶、態(tài)密度、彈性常數(shù)、電運輸性質(zhì)（包括電導(dǎo)率，Seebeck系數(shù)，遷移率等）。同時可設(shè)置考慮不同散射機(jī)制下的遷移率的計算。
example中GaAs文件夾中的settings.yaml文件如下，
# general settings
doping: [-3.e13]
temperatures: [201, 290, 401, 506, 605, 789, 994]
bandgap: 1.33
scattering_type: auto
# electronic_structure settings
interpolation_factor: 50
# material settings
deformation_potential: [1.2, 8.6]
elastic_constant: 139.7
high_frequency_dielectric: 10.32
pop_frequency: 8.16
static_dielectric: 12.18
# performance settings
mobility_rates_only: true
write_mesh: true
調(diào)用執(zhí)行命令為
amset run
可自動讀取并計算。后續(xù)畫圖可執(zhí)行
amset plot rates mesh_99x99x99.h5
該文件夾中存在GaAs.py腳本，可直接python執(zhí)行完成計算和繪圖過程，內(nèi)容如下，使用時請注意vasprun.xml文件路徑
import warnings
from amset.core.run import Runner
from amset.plot.rates import RatesPlotter
warnings.simplefilter("ignore")
settings = {
? ? # general settings
? ? "doping": [-3e13],
? ? "temperatures": [201, 290, 401, 506, 605, 789, 994],
? ? "bandgap": 1.33,
? ? # electronic_structure settings
? ? "interpolation_factor": 50,
? ? # scattering rate settings
? ? "deformation_potential": (1.2, 8.6),
? ? "elastic_constant": 139.7,
? ? "donor_charge": 1,
? ? "acceptor_charge": 1,
? ? "static_dielectric": 12.18,
? ? "high_frequency_dielectric": 10.32,
? ? "pop_frequency": 8.16,
? ? # performance settings
? ? "mobility_rates_only": True,
? ? "write_mesh": True,
}
if __name__ == "__main__":
? ? runner = Runner.from_vasprun("vasprun.xml.gz", settings)
? ? amset_data = runner.run()
? ? plotter = RatesPlotter(amset_data)
? ? plt = plotter.get_plot()
? ? plt.savefig("GaAs_rates.png", bbox_inches="tight", dpi=400)
具體設(shè)置和修改可參考軟件網(wǎng)站官方文檔內(nèi)容。
https://hackingmaterials.lbl.gov/amset/settings/
運算過程如下
中間會有進(jìn)度條顯示，計算使用的資源適中，占用內(nèi)存約為10-20GB，推薦使用服務(wù)器或者性能尚可的節(jié)點計算。
結(jié)果與數(shù)據(jù)圖片如下，數(shù)據(jù)文件會寫入到transport.json ?mesh.h5文件中，可為后續(xù)繪圖使用。
繪圖方法和技巧可自行學(xué)習(xí)了解amset plot 功能。
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