castep 收敛性测试

3C SiC结构优化 收敛性测试 1 2020 4 21 一 SiC晶体 SiC是一种优良的半导体 常见的SiC有4种结构 分别是3C SiC 闪锌矿结构 2H SiC 铅锌矿结构 4H SiC 6H SiC 本次计算将采用3C SiC 通过查询可知3C SiC空间群为F 43M 晶格常数a b c 0 43589nm 禁带宽度为2 417eV 价电子为C 2S22P2 SiC 3S23P2 2 2020 4 21 二 建立模型 3 2020 4 21 SiC的3D模型图 4 2020 4 21 收敛性测试 分别考虑平面波截断能E 收敛精度SCF及K点设置对计算结果的影响 并采用LDA和GGA的方法对结果的影响进行分析 在设置参数时 采用控制变量法 依次判断各参数对计算结果的影响 各参数的初始值设定为 平面波截断能E 310eV收敛精度SCF取Ultra fineK point取4x4x4 5 2020 4 21 计算完成后在3DAtomistic castep文件夹获得总能量的值 6 2020 4 21 1 对平面波截断能进行测试得到以下总能量的数据 做得下图 图1 截断能与总能量的关系 图2 截断能与时间的关系 表1 截断能与总能量的对应数据 7 2020 4 21 从图1可以看出 截断能增大到从280eV时 总能量开始收敛 而初始设定310eV高于280eV 所以认定截断能设为310eV计算得到的结果是可信的 从图2可以看出 截断能越大 计算所需时间就越长 所以可以将截断能设定为310eV来测试SCF对总能量的影响 以减少计算量 和计算时间 2 对SCF的收敛性进行测试得到以下总能量的数据和时间图 表2 SCF与总能量的对应数据 8 2020 4 21 由表1可以看出SCF的设置对总能的影响很小 总能差在10 5以下 由图3可知 SCF设置的精度越高 计算耗时就越长 所以在计算量较大的计算中 SCF设置为中等精度即可 这样能节省较多时间 由于SCF对总能的影响小 所以可以认定初始设定是可信的 图3 SCF与时间的关系图 9 2020 4 21 3 对K点设置进行测试得到以下总能量的数据 做得下图 图4 K点设置与总能量的关系 图5 k点设置与时间的关系 表3 k点设置与总能对应的数据 10 2020 4 21 4 对比在初始参数下LDA方法与GGA方法算得的能带图 LDA GGA 图6 从图4可以看出 k点设定增大到3x3x3时 总能量开始收敛 而初始设定4x4x4高于3x3x3 所以认定K点设为4x4x4计算得到的结果是可信的 从图5可以看出 k点设置越高 计算所需时间就越长 11 2020 4 21 五 总结 a 由图1可知 在同样的晶胞体积下 用GGA的方法计算单点能比用LDA方法计算的能量要高6eV左右 随着截断能的增高 总能量最终趋近于一定值 但随之计算时间会变长 b 由图4可知 K点精度设置的越高 计算得到的总能量就越趋近于一个定值 同样计算时间会变长 c 由图2 3 5可知 用GGA方法计算所需的时间要比用LDA方法的短 由图6可知 用GGA方法计算的禁带宽度1 394eV要略大于LDA方法计算的1 346eV 更接近于实验值2 417eV 由a b可知计算是精度设置得越高 所得的结果就越精确 但是由于计算时要考虑到计算效率 所以在计算时要按实际情况进行相应的设置 对于本次计算 在保证了计算结果精确性的情况下 又较好的控制了计算时间 所以设置是比较合理的 由c可知对于3