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关于声子和热输运计算中BORN电荷和non-analytic修正的问题
2022-07-06 14:54:00 【odin_linux】
在计算极性材料的声子结构或者热输运性质计算时,为了在色散中准确的描述gamma点处LO-TO的分类,需要在求解动力学矩阵的过程中,在动力学矩阵中添加极性电荷作用的修正项,正如在很多涉及到声子计算的程序phononpy, alamode以及shengbte等设置中需要的non-analytic修正,要实现此修正,需要给出结构中各原子的BORN有效电荷,即运动中等效电荷的张量形式,每个原子为3*3的张量,以及介电常数ε张量,具体动力学矩阵的修正如下:
其中ε为BORN文件中的介电常数,Z为相应原子的有效电荷张量。这个BORN文件必须通过DFPT微扰方法计算,可以通过QE或VASP实现。
但这里通常有个问题,涉及到上式在实现过程中单位的转换问题,比如phononpy中,在制作BORN文件,第一行就是一个unit转换的数值,对VASP是14.399652 (即Ha*bohrbohr转为eV*ang),这里实际上转换的是介电张量的单位,born电荷都是以e为单位,介电常量的国际单位是F/m,材料计算中通常使用原子单位,即1/(eV*ang),在上述表达式的修正中为1/ε量纲即eV*ang,所以当声子计算默认eV和ang为单位时,介电函数(推测VASP结果中用Ha和Bohr)代入到上式中,如果上式计算默认用(ev*ang),此时就需要做单位转换,相当于上式需要乘一个转换系数(2*13.6*0.529177),正如phononpt中需要的。
这也说明VASP计算得到的介电单位为(1/(Ha*Bohr)。
但是对QE,phononpy中针对QE的力常数单位也有调整,所以最终转换系数只有2,等价于Ha转为Ry。这也说明QE输出的介电常数单位和VASP相同,不过QE内部采用单位通常是Ry和Bohr,则针对GaN,分别用VASP和QE计算介电和BORN有效电荷,结果为:
VASP: 介电的xx值为5.5429220 QE: 5.82133
VASP: Ga原子有效电荷xx值2.5749225 QE: 2.570464
对比可以发现,考虑到计算中格点和赝势等区别,相差很小,推测两者输出介电的单位是一致的,都为(1/(Ha*Bohr)).
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