如何用VASPKIT计算有效质量

本文共有2767个字，关键词：VASPKIT、有效质量

这里我们以MoS_2单层为例，首先通过分析能带结构找出价带顶(VBM)和导带底(CBM)的位置。对于MoS_2单层，其价带顶和导带底均位于高对称点K点处。

除了通过能带，也可以通过调用VASPKIT-911命令来得到带边位置，

911
 +-------------------------- Warm Tips --------------------------+
           ONLY Reliable for Band-Structure Calculations!
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (01) Reading Input Parameters From INCAR File...
  -->> (02) Reading Energy-Levels From EIGENVAL File...
 +-------------------------- Summary ----------------------------+
          Band Character:    Direct
           Band Gap (eV):    1.7711
  Eigenvalue of VBM (eV):   -2.1236
  Eigenvalue of CBM (eV):   -0.3526
       HOMO & LUMO Bands:         9        10
         Location of VBM:  0.333333  0.333333  0.000000  价带顶分数坐标
         Location of CBM:  0.333333  0.333333  0.000000  导带底分数坐标
 +---------------------------------------------------------------+

接下来我们计算K点处沿着K -> Γ和K -> M方向的电子及空穴载流子的有效质量； 第一步：准备POSCAR文件以及VPKIT.in文件，VPKIT.in文件包含以下内容；

1                  设置为1将会生成计算有效质量的KPOINTS文件，2则计算有效质量
6                  6表示我们在K附近取6个离散点用于多项式拟合
0.015              k-cutoff, 截断半径，典型值0.015 1/Å
2                  2 表示有两个有效质量任务
0.333333 0.3333333  0.000  0.000 0.000 0.000  K->Γ     计算K点处有效质量，沿着K指向Γ方向    
0.333333 0.3333333  0.000  0.500 0.000 0.000  K->M     计算K点处有效质量，沿着K指向M方向

第二步：运行vaspkit并选择912或者913产生KPOINTS，POTCAR文件及静态计算INCAR文件； 第三步：提交VASP作业； 第四步：计算完成后把VPKIT.in文件中第一行的1修改为2，然后再次运行vaspkit并选择913，得到以下结果：

 Band Index:                  LUMO =   10                  HOMO =   9
 Effective-Mass (in m0)      Electron (Prec.)              Hole (Prec.)
 K-PATH No.1: K->G           0.473 (0.3E-07)             -0.569 (0.1E-07)
 K-PATH No.2: K->M           0.524 (0.1E-06)             -0.691 (0.1E-06)

Kormányos等人计算得到MoS_2单层的电子和空穴载流子有效质量分别为0.44 m_0和0.54 m_0 [见文献2D Mater. 2 (2015) 049501]。为了得到可靠的有效质量计算值，括号里的精度至少要在1E-7这个量级，如果误差比较大，可以适当调整k-cutoff值，一般减少该值但不能太小。

注意：对于间接半导体或者带边不在高对称点上，方法完全相同，分开计算挑出想要的数据。如果价带顶和导带底存在简并，例如GaAs和GaN等材料，这时候很难保证精度。

如果您使用VASPKIT，请记得引用哦！

V. Wang, N. Xu, J.-C. Liu, G. Tang, W.-T. Geng, VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code, Computer Physics Communications 267, 108033, (2021), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033

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已有 35 条评论
  1. Shinkon:

    请问应用杂化泛函/metaGGA算能带后能否也用这系列操作计算有效质量？
    2022年08月21日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @Shinkon

      可以，方法完全相同。
      2022年10月12日 | 回复
  2. 墨:

    请问这一步需要读取ICHARG和WAVECAR吗
    2022年10月29日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @墨

      不需要，一次计算即可。
      2022年10月30日 | 回复
  3. gali:

    如果有缺陷能带在费米面附近，是不是不能使用vaspkit计算有效质量呢
    2022年11月29日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @gali

      有效质量一般针对于本征半导体讨论，真实材料中缺陷浓度非常低，对有效质量影响很小。
      2022年12月15日 | 回复
  4. Njt:

    1.如果CBM和VBM不在一个高对称点，能否用这个方法计算有效质量吗？
    2.如果CBM（或VBM）不在高对称点上（位于高对称点之间），能否用这个方法计算呢？
    2023年02月19日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @Njt

      CBM和VBM的有效质量分开算，之后提取想要的信息。在不在高对称点无所谓，只要给出其准确位置和沿哪个方向即可。
      2023年02月19日 | 回复
      1. z: 回复 @VASPKIT

        CBM和VBM有效质量分开算，那最后应该取哪些值为结果？
        2023年06月04日 | 回复
  5. 桉:

    间接带隙半导体的VPKIT.in文件又该怎么写？
    2023年02月25日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @桉

      格式完全相同，做计算也要变通，不能刻舟求剑。
      2023年03月01日 | 回复
  6. W.H:

    计算金属性能带（能带穿过费米面）的有效质量，应该算能带与费米面交点处的吗？如果是这样，那第四步的时候是否应该改为运行vaspkit并选择912，然后再输入相应的能带
    2023年03月01日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @W.H

      仅适用半导体材料的有效质量计算。
      2023年03月02日 | 回复
  7. 小江:

    为什么我用vaspkit运行912/913不能生成K点啊？？请问，所需输入文件我都准备好了
    2023年04月04日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @小江

      把INPUT.in或VPKIT.in第一行修改成1再运行vaspkit-912/913。
      2023年04月04日 | 回复
      1. HQ: 回复 @VASPKIT

        改了还是没办法生成
        2023年08月31日 | 回复
      2. 11: 回复 @VASPKIT

        请问INPUT.in里面是什么内容呢？
        2023年12月11日 | 回复
  8. ls:

    您好 poscar是没有优化过的poscar嘛？
    2023年04月10日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @ls

      当然需要优化，在例子中这一步省略掉了。
      2023年04月21日 | 回复
  9. wonder:

    我的输入文件也都准备好了，但是运行913没什么反应，没有产生文件，这要怎么解决呢
    2023年04月11日 | 回复
  10. Shinkon:

    请问如果VBM/CBM有简并，想分别计算轻载流子和重载流子的有效质量，是不是没法通过这个功能实现
    2023年05月12日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @Shinkon

      试试开启自旋轨道耦合，一般轻载流子和重载流子所在能级会分开。
      2023年06月15日 | 回复
  11. Song:

    请问，文中的计算流程结果是计算出CBM还是VBM的有效质量？
    2023年07月12日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @Song

      都可以，取决于INPUT.in或VPKIT.in文件中给出的K点坐标。
      2023年07月16日 | 回复
  12. Njt:

    你好，磁性体系可以用这个方法吗
    2023年08月15日 | 回复
  13. 圈:

    作者您好，请问直接间隙只有0.1meV可以用这个方法计算吗？
    2023年09月13日 | 回复
  14. Nora:

    您好，我想请教一下这个计算方法可以应用到解释CeO2的电子导电性上吗？
    2023年09月17日 | 回复
  15. 计算有效质量 R11; Qian Xia:

    [...]如何用VASPKIT计算有效质量 – VASPKIT与量化软件[...]
    2023年10月17日 | 回复
  16. 国际宝贝:

    请问，在计算空穴有效质量时，提交任务后，在最后一步时，不管输入912/913都有这个问题，方法一：在输入912时，出现forrtl: severe (174): SIGSEGV, segmentation fault occurred。查到解决办法是输入这个命令：ulimit -s 262140或ulimit -s unlimited，但是还是没有解决。方法二：在输入913时，显示Which BAND do you want to read? (1

    5月23日 | 回复
  17. 粉红色的酒精灯:

    请问在第二步的时候为什么无法生成KPOINTS POTCAR 文件
    7月1日 | 回复
  22. Nayyar:

    Does effective mass utility on available in pro-version or can be using in 1.5.1 version of vaspkit, but I was unable to utility 9
    8月22日 | 回复