2015源资培训班-VASP上机练习讲解(光学性质)

上机练习讲解——光学性质计算太阳能电池、液晶显示器、光催化剂、紫外半导体激光器、阳光板雨棚2光学材料3宏观光学性质1.吸收系数2.反射率3.折射率光是一种电磁波，通过固体材料时，与固体中的电子、原子或离子能产生相互作用，引起光的吸收、反射、或者透光现象。对于光学性质的材料，当有电磁波穿过块体时，其介电函数可以用光的实部和虚部来表述：12=+i（）（）实部虚部介电函数反应了固体对光学的宏观响应。4微观光学性质5通过VASP，我们可以获得介电函数，MedeA-VASP模块可以在获得介电函数的同时，得到光导、吸收系数、折射系数和反射率。微观光学性质光催化剂TiO2-anatase光学性质计算6Anatase光催化剂PhotocatalystTiO2二氧化钛大气净化防臭防污净水抗菌出去空气中的NOx，SOx甲醛树脂等有害物质分解乙醛、氮气、硫化氢等有臭味之物分解并除去易于附着在表面的烟味、油污等有机物分解并除去污水中的有害性有机化合物杀菌、防腐Anatase用途：消除汽车排放物中25%到45%的氮氧化物不足：带隙较宽，只能吸收紫外光，对可见光吸收较弱改进：掺杂改性、混晶、光敏化等汽车尾气二氧化钛光催化剂：主要成分：氮氧化物、二氧化硫、可吸入颗粒物。9Anatase10Anatase1.结构优化2.scf计算3.非自洽计算（光学性质）光学性质计算流程：ICHARG=10！非自洽计算，读取scf计算得到的CHGLOPTICS=.TRUE.！计算光学性质CSHIFT=0.1！实部光响应的偏移量PREC=Accurate！计算光学性质需提高精度NBANDS=160！半导体计算光学性质应为本身bands的2-3倍光学性质非自洽计算参数：Anatase12Anatase1.结构优化：2.scf：KPOINTS：13Anatase3.光学性质KPOINTS：INCAR光学性质计算的流程与不掺杂N的Anatase完全相同。输入文件：INCAR文件只改变一项SYSTEM=Anatase-NKPOINTS不变POSCAR需要根据模型改变POTCAR需要根据POSCAR中元素的顺序改变Anatase-N15结果分析Anatase晶胞介电函数N-anatase晶胞介电函数Anatase的TiO2晶胞具有对称性，x与y方向相同，和z方向则不同。因此仅有沿着x方向和z方向的介电函数。当掺杂N原子之后，对称性消失，则计算出沿x、y、z三个方向的介电函数。16介电函数的虚部与光的吸收系数关系密切。在N掺杂到anatase之后，介电函数虚部曲线开始攀升的起点对应的光子能量值变小，说明掺杂N之后，电子更容易发生跃迁。结果分析——介电函数虚部anataseN-anatase2.2eV1.6eV17结果分析——吸收系数根据公式E=hν和c=λν，可由光子能量计算出两种材料的吸收光波长范围。Anatase：E2.2eV，开始吸收光，其对应波长为565nmN-anatase：E1.6eV，开始吸收光，其对应波长为776nmN掺杂anatase后，体系发生红移，提高了材料对可见光的响应。anataseN-anatase2.2eV1.6eV18结果分析——吸收系数可见光波长范围为400nm～760nm，对应光子能量范围为1.63eV～3.11eV，即上图阴影部分。结果表明anatase掺杂N之后在可见光范围吸收强度明显增强，光催化活性更高。anataseN-anatase19N掺杂后，明显减小了TiO2-Anatase的带隙宽度，增加了材料的光响应特性结果分析——态密度AnataseTiO2：bandgap为1.6eVN掺杂的TiO2：bandgap为1.15eVMedeA练习为了减少计算时间，我们做如下调整：1.不做结构优化，直接从数据库中的结构出发，做scf+optical非自洽计算2.Cutoff降低至300eV3.Scf和optical和dos计算过程中的K点均选取5x5x24.精度改为lowMedeA练习MedeA练习MedeA练习VASP练习为了减少计算时间，我们采用Si体系来测确保自己在vasp2015文件夹内cp-rSi-dosSi-opticalviINCARqsubvasp.pbsVASP练习OUTCAR：虚部VASP练习OUTCAR：实部