Расчет зонной структуры Nb2O5 в ABINIT

[Olsha]

Здравствуйте!

Задача такая: нужно оценить влияние различных дефектов на зонную структуру Nb2O5 (параметры ячейки, симметрия и координаты атомов известны). То есть количественные результаты не обязательны, достаточно качественных.
Пробовали посчитать ее в ABINIT, но я с этой программой работаю впервые, а результаты нужны срочно (диплом ) В связи с этим пользуюсь пока американской интерактивной версией, выложенной на nanohub.org, а за основу для инпута взят тестовый файл с расчетом зонной структуры кремния.
Для расчета требуется задать параметры зонной структуры:
1) число зон (для кремния - 8 )
2) число сегментов, на которые делится зона (3)
3) число точек в каждом сегменте (10, 12 и 17)
4) координаты точек симметрии зоны Бриллюэна
Для Si: 0.5 0.0 0.0 # L point
0.0 0.0 0.0 # Gamma point
0.0 0.5 0.5 # X point
1.0 1.0 1.0 # Gamma point in another cell.
Подскажите пожалуйста полному лузеру, из каких соображений выбираются значения 1-3, и как рассчитать координаты точек симметрии в 4) для сложной ячейки (A2/m, 14 атомов). Может быть есть программа?

И еще: в строке с указанием типов атомов в решетке задаю: znucl 8 41, после чего в конце расчета выдается ошибка "can't use non-numeric string as operand of "-"... То же - если вместо кислорода (8) поставить 9, 10 или 08, но все считает хорошо если кислород заменить на например натрий (10) или магний (12) Это неправильный формат файла или есть какой-то физический смысл?

[Himera]

Для расчета требуется задать параметры зонной структуры:
1) число зон (для кремния - 8 )
2) число сегментов, на которые делится зона (3)
3) число точек в каждом сегменте (10, 12 и 17)
4) координаты точек симметрии зоны Бриллюэна

Напишите, пожалуйста, названия этих переменных -- иначе трудно понять, идёт речь о k-точках для основного расчёта или о конкретной траектории, вдоль которой считаются зоны для визуализации.

как рассчитать координаты точек симметрии в 4) для сложной ячейки (A2/m, 14 атомов). Может быть есть программа?

А какие точки Вам нужны (X, M, R, ещё что-то)? И установка именно A2/m вместо стандартной C2/m?

И еще: в строке с указанием типов атомов в решетке задаю: znucl 8 41, после чего в конце расчета выдается ошибка "can't use non-numeric string as operand of "-"... То же - если вместо кислорода (8) поставить 9, 10 или 08, но все считает хорошо если кислород заменить на например натрий (10) или магний (12) Это неправильный формат файла или есть какой-то физический смысл?

Насколько я понимаю, цифра в znucl должна соответствовать заряду, указанному в псевдопотенциале.

[Olsha]

Тип решетки A2/m взят из базы ICSD, вроде как эта структура больше всего похожа на структуру нашего образца, определенную когда-то из рентгеновского эксперимента.
Непонятные переменные:
параметры решетки Монхорста-Пака nshiftk и shiftk - какие они должны быть для такой решетки? 1 и 0.5 0.5 0.5?
Параметр kptopt в примере равен -3 (деление зоны Бриллюэна на 3 сегмента при расчете зонной структуры, да?). А какое значение мне лучше задать и насколько это влияет на результаты?
И связанные с этим вопросы: как определяются границы сегментов (параметр kptbounds) и количество точек вкаждом сегменте (ndivk)? Хорошо ли будет заменить ndivk на ndivsm (автоматическая генерация точек)?

Спасибо!

[Himera]

Кажется, Вы не с начала читали tutorial про кремний... В выборе k-точек есть два совершенно разных аспекта. Сначала нужно сделать самосогласованный расчёт, а для этого -- создать равномерное разбиение зоны Бриллюэна, что достигается с помощью kptopt=1. Здесь задействован параметр ngkpt: три числа, определяющие разбиение вдоль каждого из направлений обратного пространства. Для Вашей ячейки (в установке A2/m) я бы для начала взял 8x4x4, свёл расчёт, а потом равномерно увеличивал общее число k-точек (12x6x6, 16x8x8) до тех пор, пока не будет достигнута сходимость по энергии. nshiftk и shiftk оставьте дефолтными (1 и 0.5 0.5 0.5) -- это сдвиг k-точек относительно Gamma, в первом приближении несущественен.

Когда расчёт сведён и достигнута сходимость по k-точкам, можно на сведённой электронной плотности считать зоны вдоль конкретных направлений и только в этом случае использовать специальные наборы k-точек, которые не дают равномерного покрытия зоны Бриллюэна. Здесь уже ставятся отрицательные значения kptopt в сочетании с iscf=-2. Последний параметр показывает, что никакого самосогласованного расчёта не будет, а программа просто возьмёт имеющуюся плотность и посчитает энергии в заданных k-точках. Конкретная величина kptopt зависит от выбранной траектории в обратном пространстве. Например, траектория Gamma-->X-->M-->Y-->Gamma-->Z-->T-->R-->A содержит 8 сегментов, а потому kptopt=-8. Параметр kptbounds задаёт саму траекторию, т.е. это будет
0.0 0.0 0.0 #Gamma
0.5 0.0 0.0 #X
0.5 0.5 0.0 #M
и т.д... (как выбирать координаты для Вашей моноклинной базоцентрированной ячейки -- смотрите в мануале; я могу только предложить symmetry points в декартовых координатах, но не знаю, какую именно координатную систему использует ABINIT)
Наконец, ndivk определяет, сколько будет точек на каждом сегменте, и влияет исключительно на гладкость построенной линии. Зависит от дисперсии зон и того, что именно Вы хотите увидеть. Для начала ndivk=50 вполне подойдёт. ndivsm имеет примерно тот же смысл -- только шкалирует шаг с учётом реальный длины Ваших сегментов в обратном пространстве.

Наконец, если Вы не чувствуете сходств и различий между установками A2/m и C2/m одной и той же пространственной группы (№12), то всё-таки разберитесь с этим вопросом. А кроме того проверьте, как ABINIT воспринял введённые координаты: найдите их где-нибудь в outpute и посчитайте характерные межатомные расстояния. Моноклинные группы с кучей разных установок являются больным местом всех расчётных программ. И надеюсь, что rprim Вы поменяли по сравнению с кремнием...

[Olsha]

Простите - не смогла ответить сразу.

пока не будет достигнута сходимость по энергии

Что это значит? Самосогласованный расчет ведь и направлен на достижение сходимости с заданной точностью? Или нужно с чем-то другим сравнить?

Большое спасибо Вам за такой подробный ответ!

[Himera]

это "сходимость" в немного другом смысле -- нужно проверить, что у Вас достаточно k-точек для точного интегрирования по зоне Бриллюэна, т.е. сделать самосогласованные расчёты для разных наборов k-точек, а затем посмотреть, с какого момента интересующие Вас свойства перестают меняться. Практика показывает, что форма плотности состояний хорошо получается даже при небольшом числе k-точек, но если начать интегрировать, строить функции Ванье или ещё что-нибудь в этом духе, сразу вылезают артефакты, поэтому добейтесь сходимости по k-точкам, а потом уже анализируйте зонную структуру.

[Olsha]

Понятно. Спасибо еще раз!