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1、自旋轨道耦合计算过程探索1. 经验总结1）对于Bi2Se3家族材料，QL内是强的共价结合作用，QL之间是范德瓦尔斯作用力。所以，在优化结构的时候，需要考虑范德瓦尔斯相互作用。2）VASP手册上一共有5种计算范德瓦尔斯相互作用的方法，如下:Correlation functionals: LUSE VDW = .TRUE.the PBE correlation correction AGGAC = 0.0000Exchange交换 functionalsvdW-DFvdW-DF2方法一方法二方法三方法四方法五revPBEoptPBEoptB88optB86brPW86GGA =GGA = BOM
2、LPARAM1=0.183333GGA = MKZab_vdWGGA = REGGA = OR3333PARAM1 = 0.1234=-1.8867LUSE_VDW= .TRLUSE_VDW= .TRPARAM2=PARAM2 = 1.0000LUSE_VDUE.UE.0.2200000000LUSE_VDW= .TRWAGGAC = 0.0000AGGAC = 0.0000LUSE_VDWUE.=.TRUE.=.TRUE.AGGAC = 0.0000AGGAC=AGGAC = 0.00000.0000一般，对于一种没有算过的新材料，可以尝试以上五种方法，哪一种最合理就用哪个。Bi2Se3家族
3、材料，经测试最合适的是optPBE-vdW方法。3）测试发现，对于1QL和块体，范德瓦尔斯作用的影响不是很影响；对于多个QL厚度的薄膜, QL之间范德瓦尔斯作用的影响比较明显。4）文献上，很多人直接不优化结构，用实验上的参数，这样算，得到的结果也比较合理。5）算 soc 力口入 LSORBIT=.TRUE.和 LORBMOM=.TRUE.，比 LSORBIT=.TRUE.和 GGA_COMPAT = .FALSE得到的结果更合理。6）薄膜优化的时候，可以用ISIF=2。7）计算静态的时候输出CHARG，能带的时候ISTART可以等于0，ICHARG等于11。7）薄膜的结构需要中心对称，切得时候
4、需要注意。8）计算vdW,需要以上的版本，并且将vdw_kernel.bindat文件放到计算的文件夹中。9）vdW 相互作用对结构的影响比较大，对后面的静态计算和能带计算电子态的影响比较小。10）取合适的 K 点，可以得到较为合理的结构，对后面电子态的计算影响也不是很大。2. 结构优化贋势：PAW_GGA_PBEEcut=340 eVKpoints=10x10x10ISMER取-5，计算能带时，取0,对应SIGMA=0.05在 MS 中可以在 build-Symmetry -中把 Bi2Se3rhombohedral representation （菱形表示）和hexagonal repre
5、sentation （六角表示）相互转换图中黑色t、t2、t3基矢围成菱形原胞，用于计算块体，红色方框包含一个五元层 计算能带的布里渊区高对称点：块体:文献中倒空间高对称点坐标r(0 0 O)-Z(n n n)-F(n n 0)J(0 0 O)-L(n 0 0)， 根据正空间和倒空间坐标的转换关系，得到正空间中高对称点的坐标：r(0 0 0)-Z(O.5 0.5 0.5)-F(0.5 0.5 0)-r(0 0 0)-L(O 0 -0.5)KPOINTS20Line-modeRec0.00.00.0!r0.50.50.5! Z0.50.50.5! Z0.50.50.0! F0.50.50.0!
6、F0.00.00.0!r0.00.00.0!r0.00.0-0.5! L通过比较结构，发现Ecut=580, KPOINTS=151515，得到的结构比较靠谱Sb2Te3Bi Te2 3BirSe23晶格参数六角a (A)J4.250J4.3834.138六角c (A)30.3530.48728.64菱形T(A)10.4110.4739.841原子位置卩(2Bi)0.4000.4000.399v (2Se2)0.2110.2120.2060(Se1)0003. 块体 soc 的计算 文献能带结构图：块体(Bi2Se3-VASP-GGA-PAW-PBE)我们的结果（未考虑vdW+静态和能带都加s
7、oc计算结果与文献基本符合）:薄膜：Kpoints=10x10x1计算能带的K点和石墨烯（六角晶胞的）的K点一样:KPOINTS20Lone-modeRec0.666666670.333333330.0!K0.00.00.0!r0.00.00.0!r0.50.00.0!M考虑薄膜的对称性由 MS 六角结构，沿（001）方向切割，可以得到两种以 Se 原子作为表面原子的薄膜， 如下图，分别为1QL和3QL的两种切法，右图比左图对称性要更好一些，这一区别在计算 过程中会导致巨大的区别，我们通过比较，发现，只有右图的结果，才可以得到合理的结果， 尤其是在多个QL的情况。用左边结构得到的结果（Bi2S
8、e3）：a- A6a)u 山KQ / A6u山KrM用左边结构得到的结果（Bi2Te3）：Bi2Se3-2QL*soc*bands1.00.50.0-1,0-0.5用右边结构得到的结果（Bi2Se3）：1QL根据块体的数据得到薄膜，分以下两种情况计算:1. 不优化结构， scf 不加 soc， bands 加 soc2. 用块体的参数，加 vdW 优化结构， scf 不加 soc， bands 加 soc2.3.4.scf 和 bands 加入 LORBMOM=.TRUE. ， scf 和 bands 加入 LORBMOM=.TRUE. ，LSORBIT=.TRUE.GGA_COMPAT=.F
9、ALSE.优化结构优化结构文献结果：上图是没有进行离子弛豫的1Ql6QL的Bi2Se3薄膜能带结构上图采用optPBE-vdw泛函进行离子弛豫1Ql6QL的Bi2Se3薄膜能带结构上图是实验观测的1QL 6QL（12356）的Bi2Se3薄膜能带结构.5调试过程错误总结错误 1： VERY BAD NEWS! Internal error in subroutine IBZKPT: Reciprocal lattice and k-latticebelong todifferent class of lattices. Often results are still useful. 48Int
10、ernal 内部 subroutine 子程序 Reciprocal 倒数的非常严重的错误！子程序IBZKPT中内部错误：倒格子和k点网格属于不同类型的格子。通常结 果还是有用的。解决方案：根据所用集群，修改INCAR中NPAR。将NPAR=4变成NPAR=1,已解决！错误2：internal ERRORRSPHER:running out of buffer 001310nonlr.F:Out of bufferRSPHER解决方案：根据CPU的数量，修改INCAR中NPAR,将NPAR=1修改成4 （或者2）,问题得 以解决。错误 3： Sub-Space-Matrix子空间矩阵、亚空间矩
11、阵Hermitian厄米共轭警告：戴维森方法（DAV ）中的子空间矩阵不是厄米共轭的。解决方案：只需调整AMIX, BMIX的值，把他们设置小一些。一般采用其默认值，除非在电子 迭代难以收敛的情况，才手动设置AMIX和BMIX等参数值。经对Mixing方法的调试，通过将 默认AMIX=0.4，修改成AMIX=0.2 （或0.3），问题得以解决。Mixing 方法：IMIX=type ofmixing 混合、混频， AMIX=linear mixing parameter， AMIN=minimal mixing parameter,BMIX=cutoffwave vector for Kerk
12、er mixing scheme, AMIX_MAG=linear mixing parameter for magnetization,BMIX_MAG=cutoffwave vector for Kerker mixing scheme for mag, WC=weight factor for each step inBroyden mixing scheme,INIMIX=type ofinitial for each step in Broyden mixing scheme, MIXPRE=type of preconditioning in Broyden mixing sche
13、me,MAXMIX=maximumnumber steps stored in Broyden mixer.错误 4： WARNING: Sub-Space-Matrix is not hermitian in DAV 1-7.626640664998020E-003解决方案：在INCAR中加上IALG=Fast 已解决！（1QL、2QL已解决，3QL以上未解决） IALG=Fast （两种方法混用）IALGO=38 IALG=Normal电子优化采用 blockedDavidson 方法IALGO=48 IALG=Very_Fast 电子优化采用 RMM-DIIS 算法错误 5： ADVICE TO THIS USER RUNNING VASP/VAMP （HEAR YOUR MASTERSVOICE .）: You have a（more or less） small supercell and for smaller cells it is recommended to usethe reciprocal-space projection scheme! The real space optimization is notefficient fo
