The purpose of this tutorial is to

The purpose of this tutorial is to show how ATK can be used to compute accurate electronic structure, optical, and dielectric properties of semiconductors from DFT combined with the meta-GGA functional by Tran and Blaha [1] (TB09). TB09 is a semi-empirical functional that is fitted to give a good description of the band gaps in non-metals. The results obtained with the method are often comparable with very advanced many-body calculations, however with a computational expense comparable with LDA, i.e. several order of magnitudes faster. Thus, the meta-GGA functional is a very practical tool for obtaining a good description of the electronic structure of insulators and semiconductors.

It is important to note that the TB09 functional does not provide accurate total energies [1], and it can therefore only be used for calculating the electronic structure of the materials, while the GGA-PBE functional should be used for computing total energies and atomic geometries.

It is assumed that you are familiar with the general workflow of VNL, as described in the Basic VNL and ATK Tutorial.

This tutorial uses silicon as an example. As for most semiconductors, GGA/LDA both severely underestimate the Si band gap (between 0.5 and 0.6 eV), while the experimental band gap of 1.18 eV is reproduced almost exactly by TB09. The experimental dielectric constant is also reproduced by the optical properties module in ATK to within a few percent.

Electronic structure and optical properties of silicon
Setting up the calculation
Start VNL, create a new project and give it a name, then select it and click Open. Launch the Builder by pressing the builder_icon icon on the toolbar.

In the builder, click Add ‣ From Database.... Type “silicon” in the search field, and select the silicon standard phase in the list of matches. Information about the lattice, including its symmetries (e.g. that the selected crystal is face centered cubic), can be seen in the lower panel.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

วัตถุประสงค์ของการกวดวิชานี้จะแสดงวิธีใช้พลังโจมตีจะคำนวณแม่นยำอิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง แสง และคุณสมบัติการเป็นฉนวนของอุปกรณ์กึ่งตัวนำจาก DFT รวมกับ meta-GGA งานทรานและ Blaha [1] (TB09) TB09 เป็นประจักษ์กึ่งทำงานที่ติดตั้งเพื่อให้คำอธิบายที่ดีของวงช่องว่างในโลหะไม่ ผลได้รับวิธีการมักเทียบกับการคำนวณขั้นสูงมากในร่างกายจำนวนมาก แต่ ด้วยการคำนวณค่าใช้จ่ายเทียบกับ LDA เช่นหลายใบสั่งซื้อของเพื่อได้เร็วขึ้น ดังนั้น meta-GGA ทำงานเป็นเครื่องมือปฏิบัติมากได้รับคำอธิบายที่ดีของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของฉนวนและสารกึ่งตัวนำมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะ ทราบว่า TB09 ทำงานไม่ได้ให้พลังงานทั้งหมดถูกต้อง [1], มันจึงใช้เฉพาะสำหรับการคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ ในขณะ GGA-PBE ทำงานควรจะใช้สำหรับคำนวณพลังงานรวมและอะตอมรูปทรงเรขาคณิตมันจะสันนิษฐานว่า คุณคุ้นเคยกับกระแสทั่วไปของ VNL, VNL พื้นฐานและสอน ATKกวดวิชานี้ใช้ซิลิโคนเป็นตัวอย่าง สำหรับสารกึ่งตัวนำส่วนใหญ่ GGA/LDA ทั้งรุนแรงประมาทศรีวงช่องว่าง (ระหว่าง 0.5 และ 0.6 eV), ในขณะที่ช่องว่างวงทดลองของ 1.18 eV จะทำซ้ำ โดย TB09 เกือบจะตรงกัน นอกจากนี้ยังมีการทำซ้ำคงที่เป็นฉนวนทดลอง โดยโมคุณสมบัติแสงใน ATK ไปภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติแสงซิลิคอนการตั้งค่าการคำนวณเริ่ม VNL สร้างโครงการใหม่ และตั้งชื่อ จาก นั้นเลือก และคลิกเปิด เปิดตัวสร้าง โดยกดไอคอน builder_icon บนแถบเครื่องมือในตัวสร้าง คลิ‣เพิ่มจากฐานข้อมูล... ประเภท: "ซิลิคอน" ในช่องค้นหา และเลือกระยะมาตรฐานซิลิคอนในรายการที่ตรงกัน ข้อมูลเกี่ยวกับตาข่าย รวม symmetries ของมัน (เช่นคริสตัลเลือกว่าหน้ากึ่งกลางลูกบาศก์), สามารถมองเห็นในแผงล่าง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

วัตถุประสงค์ของการกวดวิชานี้คือการแสดงให้เห็นว่าพลังโจมตีสามารถนำมาใช้ในการคำนวณโครงสร้างที่ถูกต้องอิเล็กทรอนิกส์แสงและคุณสมบัติเป็นฉนวนของเซมิคอนดักเตอร์จาก DFT รวมกับเมตา GGA ทำงานโดยเฉินและบลาฮา [1] (TB09) TB09 เป็นกึ่งเชิงประจักษ์ทำงานที่ติดตั้งให้คำอธิบายที่ดีของช่องว่างในวงอโลหะ ผลที่ได้กับวิธีการที่มักจะเปรียบได้กับการคำนวณหลายขั้นสูงของร่างกายมาก แต่มีค่าใช้จ่ายในการคำนวณเทียบเคียงกับ LDA คือคำสั่งของหลายขนาดได้เร็วขึ้น ดังนั้น meta-GGA ทำงานเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์มากสำหรับการได้รับคำอธิบายที่ดีของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของฉนวนและเซมิคอนดักเตอร์

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่า TB09 ทำงานไม่ได้ให้พลังงานทั้งหมดที่ถูกต้อง [1] และมันสามารถเท่านั้นจึงถูกนำมาใช้สำหรับการคำนวณโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุในขณะที่ GGA-PBE ทำงานควรจะใช้สำหรับการคำนวณพลังงานรวมและอะตอม รูปทรงเรขาคณิต

มันจะสันนิษฐานว่าคุณมีความคุ้นเคยกับขั้นตอนการทำงานทั่วไปของ VNL ที่อธิบายไว้ในขั้นพื้นฐาน VNL และพลังโจมตีกวดวิชา

กวดวิชานี้จะใช้ซิลิกอนเป็นตัวอย่าง สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ที่สุด GGA / LDA ทั้งรุนแรงประมาทช่องว่างแถบศรี (ระหว่าง 0.5 และ 0.6 EV) ในขณะที่ช่องว่างวงทดลอง 1.18 eV จะทำซ้ำเกือบตรงโดย TB09 คงทดลองอิเล็กทริกนอกจากนี้ยังจะทำซ้ำโดยโมดูลคุณสมบัติทางแสงใน ATK ไปภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติทางแสงของซิลิกอน
การตั้งค่าการคำนวณ
เริ่มต้น VNL สร้างโครงการใหม่และให้มันชื่อแล้วเลือกและคลิกเปิด เปิดตัวสร้างโดยการกดที่ไอคอน builder_icon บนแถบเครื่องมือ

ในการสร้างคลิกเพิ่ม‣จากฐานข้อมูลประเภท .... "ซิลิโคน" ในช่องค้นหาและเลือกขั้นตอนมาตรฐานซิลิกอนในรายการของการแข่งขัน ข้อมูลเกี่ยวกับตาข่ายรวมทั้งสมมาตร (เช่นที่คริสตัลที่เลือกจะถูกใบหน้าศูนย์กลางลูกบาศก์) สามารถมองเห็นในแผงล่าง