BaTiO3材料的第一性研究
BaTiO3材料的第一性研究[20191223193103]
摘 要 4
Abstrcat 5
第一章 引言 6
1.1铁电材料的发展 6
1.2铁电材料的特性 6
1.2.1自发极化 6
1.2.2电畴 6
1.2.3电滞回线 6
1.2.4居里温度 8
1.3铁电材料的应用 8
第二章 VASP软件介绍 9
2.1 VASP的基本原理 9
2.2 VASP的计算功能 10
2.3 VASP输入和输出文件 10
2.3.1输入文件 10
2.3.2主要输出文件 10
第三章 钛酸钡的第一性原理计算数据 12
3.1 VASP软件重要输入文件说明 12
3.1.1 INCAR文件说明 12
3.1.2 POSCAR文件说明 15
3.1.3 KPOINTS文件说明 15
3.2 对BaTiO3进行计算 16
3.2.1立方相模拟过程 16
3.2.2四方相模拟过程 19
3.2.3使用SrTiO3为基底的结构模拟过程 34
结语 37
参考文献 38
致谢 39
BaTiO3材料的第一性研究
摘 要
本文使用基于密度泛涵的第一性原理计算软件VASP，详细研究了铁电材料BaTiO3在不同相下的晶体的晶格常数，从理论上很好的阐述了材料结构与其特性的关系。
首先对铁电材料的定义，物理特性及其作用进行了阐述。本文选则了立方相和四方相两条研究方向，通过VASP软件分别对立方相和四方相钛酸钡进行理论上的模拟。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:字第一性原理铁电材料钛酸钡 INCAR是VASP中最为核心的输入文件,确定了主要计算的参数以及计算的目的是什么；INCAR文件采用的方法是关键字,格式比较自由化,都有默认的取值,所以即使是个空的文件,只要存在,都可以运行。
POTCAR : 表示各个原子的赝势定义文件，VASP开发组已经准备的一套赝势定义文件，我们只需要把这些文件放入相应的计算目录中就可以了。
2.3.2主要输出文件
OUTCAR : 最主要的输出文件，包含了需要的所有重要信息，我们就需要通过输出的OUTCAR文件来研究钛酸钡。；
OSZICAR : 输出计算过程的能量迭代信息；
CONTCAR: 内容为最新一轮的构型(分数坐标，可用于续算)；
CHGCAR、CHG、PARCHG :用于电荷密度图绘制；
WAVECAR : 波函数文件；
EIGENVAL: 记录各K点的能量本征值，用于绘制能带图；
XDATCAR: 构型迭代过程中各轮的构型信息(分数坐标，用于
动力学模拟)；
DOSCAR : 电子态密度信息。
第三章 钛酸钡的第一性原理计算数据
钛酸钡最具代表性的钙钛矿结构的铁电材料，20世纪40年代被人们发现。钛酸钡在室温下就能很好的呈现出它的铁电性及其适中的居里温度，因此在非挥发性存储器件领域被广泛使用。
钛酸钡在整个温度区域内(<1618℃)，钛酸钡会呈现五种不同的晶体结构，随着温度的降低，从六方→立方→四方→正交→三方，晶体的对称性也是越来越低。总而言之在130℃（即居里点 ）以上时，钛酸钡晶体 呈现顺电性，而当温度在130℃以下时呈现铁电性 。
本文选择了立方相晶体结构，和四方相晶体结构，作为研究的方向。以下即是通过VASP软件对这两种晶体结构详细的研究过程
3.1 VASP软件重要输入文件说明
以立方相BaTiO3的第一性计算的例子来简单介绍INCAR、POSCAR和KPOINTS三个文件的使用说明。
3.1.1 INCAR文件说明
SYSTEM = Cubic BTO
作业说明语句。只是便于我们区分。
NWRITE = 2 : verbosity
控制输出到OUTCAR文件信息的多少。默认：2
ICHARG = 2 :
read charge from CHGCAR 控制如何产生初始电荷密度
用原子电荷密度组装
ISTART = 0
默认：存在WAVECAR文件时，1:；否则0
0: 新作业，由INIWAV决定初始波函数的产生方法
PREC = accurate : accuracy
PREC可以设置为LowMediumHighAccurate。
PREC有三个作用：
1.如果INCAR中没有指定ENCUT时，PREC能够控制ENCUT的取值多少。当PREC=LOW，这时ENCUT取POTCAR中最小值，当PREC=Medium或者Accurate时，ENCUT取最大值。
2.用来控制FFT格子。当PREC=HighAccurate时，考虑了所有大小是平面波基最大波矢的矢量的两倍。当PRCE=Low或者Medium时，FFT格子只有上一种情况的四分之三大小。
3.当采用的是实空间投影方法的时候，PREC也将决定了ROPT的默认值大小。
ISMEAR = 1 : Methfessel-Paxton smearing
决定如何确定电子的部分占据数 N阶Methfessel-Paxton方法，此时占据数可能为负
SIGMA = 0.2 : sigma for smearing
表示展开的宽度（单位为eV）
ENCUT = 400
平面波基的截断能 默认：从POTCAR文件读入
ISPIN = 1
还进行自选计算，如果考虑总自旋则ISPIN=2
LORBIT = 11
控制是否输出投影波函数到文件PROCAR和PROOUT中。
###############################################################
# The following parameters are for self-consistent calculations·
NELM = 300 : maximum number of SCF iterations
电子自洽过程中最多的迭代次数。
NELMIN = 5 : minimal number of SCF iterations
最小的迭代次数
NELMDL = -8 : number of non-SCF iterations
自洽计算开始的几步,迭代不自洽处理。
EDIFF = 1E-6 : criterion for SCF convergence
总能计算中允许的误差。
EDIFFG = -0.5E-3 : maximal residual force in eV/Ang
离子弛豫运动的结束条件（受力标准）。
NSW = 200 : maximum number of ionic steps
离子运动的步数
IBRION = 1 : quasi-Newton optimization
决定了离子是否运动及运动的方法和计算
IBRION可以取-1/0/1/2/3/4.
-1离子不运动，当是要进行NSW次外循环
0分子动力学模拟。
1准牛顿法离子弛豫
2 CG算法的离子弛豫
3采用衰减二阶运动方程进行离子弛豫
ISIF = 2 : optimize ions, cell shape and volume
决定是否计算应力张量及弛豫中晶胞体积变化的参数。
ISIF 计算离子所受的力 计算原胞的stress tensor 离子位置弛豫 改变原胞的形状 改变原胞的体积
3 是 是 是 是 是
3.1.2 POSCAR文件说明
tetra_BTO 注释行，可标记题目
3.962 单位长度
1.0 0.0 0.0 晶胞的基失
0.0 1.0 0.0
0.0 0.0 1.04
Ba Ti O
1 1 3 各类原子的数目
Direct 坐标的类型 以晶胞基矢为单位。
0.0 0.0 0.0
0.5 0.5 0.51
0.5 0.5 0.0
0.5 0.0 0.5
0.0 0.5 0.5
3.1.3 KPOINTS文件说明
Automatic mesh K点自动产生
摘 要 4
Abstrcat 5
第一章 引言 6
1.1铁电材料的发展 6
1.2铁电材料的特性 6
1.2.1自发极化 6
1.2.2电畴 6
1.2.3电滞回线 6
1.2.4居里温度 8
1.3铁电材料的应用 8
第二章 VASP软件介绍 9
2.1 VASP的基本原理 9
2.2 VASP的计算功能 10
2.3 VASP输入和输出文件 10
2.3.1输入文件 10
2.3.2主要输出文件 10
第三章 钛酸钡的第一性原理计算数据 12
3.1 VASP软件重要输入文件说明 12
3.1.1 INCAR文件说明 12
3.1.2 POSCAR文件说明 15
3.1.3 KPOINTS文件说明 15
3.2 对BaTiO3进行计算 16
3.2.1立方相模拟过程 16
3.2.2四方相模拟过程 19
3.2.3使用SrTiO3为基底的结构模拟过程 34
结语 37
参考文献 38
致谢 39
BaTiO3材料的第一性研
摘 要
本文使用基于密度泛涵的第一性原理计算软件VASP，详细研究了铁电材料BaTiO3在不同相下的晶体的晶格常数，从理论上很好的阐述了材料结构与其特性的关系。
首先对铁电材料的定义，物理特性及其作用进行了阐述。本文选则了立方相和四方相两条研究方向，通过VASP软件分别对立方相和四方相钛酸钡进行理论上的模拟。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:字第一性原理铁电材料钛酸钡 INCAR是VASP中最为核心的输入文件,确定了主要计算的参数以及计算的目的是什么；INCAR文件采用的方法是关键字,格式比较自由化,都有默认的取值,所以即使是个空的文件,只要存在,都可以运行。
POTCAR : 表示各个原子的赝势定义文件，VASP开发组已经准备的一套赝势定义文件，我们只需要把这些文件放入相应的计算目录中就可以了。
2.3.2主要输出文件
OUTCAR : 最主要的输出文件，包含了需要的所有重要信息，我们就需要通过输出的OUTCAR文件来研究钛酸钡。；
OSZICAR : 输出计算过程的能量迭代信息；
CONTCAR: 内容为最新一轮的构型(分数坐标，可用于续算)；
CHGCAR、CHG、PARCHG :用于电荷密度图绘制；
WAVECAR : 波函数文件；
EIGENVAL: 记录各K点的能量本征值，用于绘制能带图；
XDATCAR: 构型迭代过程中各轮的构型信息(分数坐标，用于
动力学模拟)；
DOSCAR : 电子态密度信息。
第三章 钛酸钡的第一性原理计算数据
钛酸钡最具代表性的钙钛矿结构的铁电材料，20世纪40年代被人们发现。钛酸钡在室温下就能很好的呈现出它的铁电性及其适中的居里温度，因此在非挥发性存储器件领域被广泛使用。
钛酸钡在整个温度区域内(<1618℃)，钛酸钡会呈现五种不同的晶体
本文选择了立方相晶体结构，和四方相晶体结构，作为研究的方向。以下即是通过VASP软件对这两种晶体结构详细的研究过程
3.1 VASP软件重要输入文件说明
以立方相BaTiO3的第一性计算的例子来简单介绍INCAR、POSCAR和KPOINTS三个文件的使用说明。
3.1.1 INCAR文件说明
SYSTEM = Cubic BTO
作业说明语句。只是便于我们区分。
NWRITE = 2 : verbosity
控制输出到OUTCAR文件信息的多少。默认：2
ICHARG = 2 :
read charge from CHGCAR 控制如何产生初始电荷密度
用原子电荷密度组装
ISTART = 0
默认：存在WAVECAR文件时，1:；否则0
0: 新作业，由INIWAV决定初始波函数的产生方法
PREC = accurate : accuracy
PREC可以设置为LowMediumHighAccurate。
PREC有三个作用：
1.如果INCAR中没有指定ENCUT时，PREC能够控制ENCUT的取值多少。当PREC=LOW，这时ENCUT取POTCAR中最小值，当PREC=Medium或者Accurate时，ENCUT取最大值。
2.用来控制FFT格子。当PREC=HighAccurate时，考虑了所有大小是平面波基最大波矢的矢量的两倍。当PRCE=Low或者Medium时，FFT格子只有上一种情况的四分之三大小。
3.当采用的是实空间投影方法的时候，PREC也将决定了ROPT的默认值大小。
ISMEAR = 1 : Methfessel-Paxton smearing
决定如何确定电子的部分占据数 N阶Methfessel-Paxton方法，此时占据数可能为负
SIGMA = 0.2 : sigma for smearing
表示展开的宽度（单位为eV）
ENCUT = 400
平面波基的截断能 默认：从POTCAR文件读入
ISPIN = 1
还进行自选计算，如果考虑总自旋则ISPIN=2
LORBIT = 11
控制是否输出投影波函数到文件PROCAR和PROOUT中。
###############################################################
# The following parameters are for self-consistent calculations·
NELM = 300 : maximum number of SCF iterations
电子自洽过程中最多的迭代次数。
NELMIN = 5 : minimal number of SCF iterations
最小的迭代次数
NELMDL = -8 : number of non-SCF iterations
自洽计算开始的几步,迭代不自洽处理。
EDIFF = 1E-6 : criterion for SCF convergence
总能计算中允许的误差。
EDIFFG = -0.5E-3 : maximal residual force in eV/Ang
离子弛豫运动的结束条件（受力标准）。
NSW = 200 : maximum number of ionic steps
离子运动的步数
IBRION = 1 : quasi-Newton optimization
决定了离子是否运动及运动的方法和计算
IBRION可以取-1/0/1/2/3/4.
-1离子不运动，当是要进行NSW次外循环
0分子动力学模拟。
1准牛顿法离子弛豫
2 CG算法的离子弛豫
3采用衰减二阶运动方程进行离子弛豫
ISIF = 2 : optimize ions, cell shape and volume
决定是否计算应力张量及弛豫中晶胞体积变化的参数。
ISIF 计算离子所受的力 计算原胞的stress tensor 离子位置弛豫 改变原胞的形状 改变原胞的体积
3 是 是 是 是 是
3.1.2 POSCAR文件说明
tetra_BTO 注释行，可标记题目
3.962 单位长度
1.0 0.0 0.0 晶胞的基失
0.0 1.0 0.0
0.0 0.0 1.04
Ba Ti O
1 1 3 各类原子的数目
Direct 坐标的类型 以晶胞基矢为单位。
0.0 0.0 0.0
0.5 0.5 0.51
0.5 0.5 0.0
0.5 0.0 0.5
0.0 0.5 0.5
3.1.3 KPOINTS文件说明
Automatic mesh K点自动产生
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/423.html
