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Density of States (DOS) Calculation Methods and Smoothing Techniques

Learn how to calculate the Density of States (DOS) using PWmat software, including steps for self-consistent calculations and DOS calculations. Explore three smoothing methods: adding a nonscf step, Gaussian broadening modification, and interpolation. Understand how to adjust parameters and generate smoothed DOS plots for improved data analysis.

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Density of States (DOS) Calculation Methods and Smoothing Techniques

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Presentation Transcript


  1. 态密度计算(DOS) 版本:PWmat/2023.11.24

  2. 态密度(DOS) • 先进行自洽计算,之后进行态密度计算(job=dos) • 如果需要进行平滑处理,有以下3种方法: 方法1.增加一次nonscf 方法2.修改Gussian展宽 平滑DOS 方法3.进行插值处理

  3. 态密度(DOS) step1: 自洽计算(job=scf) • etot.input: 1 4 JOB = SCF IN.PSP1 = Si.SG15.PBE.UPF IN.ATOM = atom.config Ecut = 50 MP_N123 = 9 9 9 0 0 0 计算完成后,保留OUT.EIGEN, OUT.FERMI,将波函数 文件“OUT.WG”复制为“IN.WG”

  4. 态密度(DOS) step2: 态密度计算(job=dos) • etot.input: 1 4 JOB = DOS IN.PSP1 = Si.SG15.PBE.UPF IN.ATOM = atom.config Ecut = 50 MP_N123 = 9 9 9 0 0 0 IN.WG = T # 读取“IN.WG”文件 • DOS计算需要上一步的OUT.EIGEN, OUT.WG(复制为IN.WG)文件作为输入文件

  5. 态密度(DOS) 计算得到的数据文件“DOS.totalspin”: • # Energy …… -0.48101E+01 0.29484E-03 0.29484E-03 0.37042E-11 -0.48014E+01 0.59031E-03 0.59031E-03 0.74164E-11 -0.47926E+01 0.11063E-02 0.11063E-02 0.13899E-10 -0.47838E+01 0.19406E-02 0.19406E-02 0.24380E-10 -0.47751E+01 0.31863E-02 0.31863E-02 0.40030E-10 -0.47663E+01 0.48969E-02 0.48969E-02 0.61522E-10 -0.47575E+01 0.70444E-02 0.70444E-02 0.88502E-10 -0.47488E+01 0.94854E-02 0.94854E-02 0.11917E-09 …… Total Si-s Si-p

  6. 态密度(DOS) 在PWmat进行完DOS计算后,会生成DOS.totalspin文 • 件,这个文件并未将费米能级归零。 如果计算目录中有OUT.FERMI文件,那么可以通过运行 • plot_DOS.py脚本(输入plot_DOS.py 后回车)得到费 米能级归零的结果DOS.totalspin_ShiftFermi。

  7. 态密度平滑处理 如果需要进行平滑处理,提供3种方法及图像对比 • step1:job=scf step2:job=nonscf step3:job=dos 方法1.增加一次nonscf 态密度计算完成后,创 建DOS.input对结果进 行后处理 方法2.修改Gussian展宽 平滑DOS 态密度计算完成后,创建DOS.input对结果 进行后处理,但是不能使用K点并行,并且 job=dos中需设置DOS_DETAIL 方法3.进行插值处理

  8. 态密度平滑处理 方法 方法1.增加一次 增加一次job=NONSCF,加密 ,加密k点: 点: step1:自洽计算(job=scf),MP_N123 = 9 9 9 0 0 0 step2:非自洽计算(job=nonscf)加密K点,需要自洽计算的电势文件 etot.input: 4 1 JOB = NONSCF IN.PSP1 = Si.SG15.PBE.UPF IN.ATOM = atom.config Ecut = 50 MP_N123 = 15 15 15 0 0 0 IN.VR = T #读取自洽计算的电势文件 step3:态密度(job=dos)计算,需要step2(job=nonscf)生成的OUT.EIGEN、 OUT.WG(复制为IN.WG),作图需要step1(job=scf)生成的OUT.FERMI

  9. 态密度平滑处理 方法1.总结 job=SCF,OUT.FERMI, cp OUT.VR IN.VR job=NONSCF cp OUT.WG IN.WG job=DOS, OUT.EIGEN plot_DOS_interp.x,投影 plot_DOS.py,画图 注:运行plot_DOS_interp.x前需加载 环境 module load mkl/2022.0.2

  10. 态密度平滑处理 增加一次nonscf加密K点 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 TDOS TDOS 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 Energy (eV) Energy (eV)

  11. 态密度平滑处理 • 后两种平滑处理方式均需要对DOS计算结果进行后处理,方法为创建输入 文件DOS.input,并执行plot_DOS_interp.x脚本 (使用前需加载环境 module load mkl/2022.0.2)。 • DOS.input文件可以实现改变展宽、能量网格点数、使用插值方法、绘制 分波态密度、投影态密度、特定原子的部分态密度等功能,详细内容参考 Manual: http://www.pwmat.com/pwmat-resource/Manual_cn.pdf ;需要注 意的是DOS.input文件需要严格按照格式要求,依次写入每行的内容。 • 使用DOS.input 改变展宽和使用插值方法的细节会在后续展示,相关的 参数用红色标出。

  12. 态密度平滑处理 方法2.修改高斯展宽——DOS计算完成后,创建DOS.input文件进行后处理: • DOS.input: #0 for all atoms; 1 for partial atoms #0 for Gaussian broadening #energy smearing(默认值0.04); number of DOS grid #interpolation grid 0 0 0.1 4000 4 4 4 运行plot_DOS_interp.x脚本: 命令行:plot_DOS_interp.x (运行前加载环境module load mkl/2022.0.2) 得到新的DOS.totalspin文件 注:运行plot_DOS.py脚本同样可以得到费米能级归零的结果 DOS.totalspin_ShiftFermi

  13. 态密度(DOS) 修改高斯展宽后 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 TDOS TDOS 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 Energy (eV) Energy (eV)

  14. 态密度(DOS) 方法3.插值处理: • etot.input: #不能进行k点并行 4 1 JOB = DOS IN.PSP1 = Si.SG15.PBE.UPF IN.ATOM = atom.config Ecut = 50 MP_N123 = 9 9 9 0 0 0 IN.WG = T DOS_DETAIL = 1 9 9 9 #采用插值 注:DOS计算前的step1(job=SCF) 也不能使用 K点并行,资源配置使用4 1

  15. 态密度(DOS) 方法3. 插值处理: • 计算完成后,创建DOS.input文件: #0 for all atoms; 1 for partial atoms #1 for interpolation #energy smearing; number of DOS grid #interpolation grid 0 1 0.025 8000 4 4 4 运行plot_DOS_interp.x脚本: 命令行:plot_DOS_interp.x (运行前加载环境module load mkl/2022.0.2) 得到新的DOS.totalspin文件 注:运行plot_DOS.py脚本同样可以得到费米能级归零的结果

  16. 态密度(DOS) 采用插值方法后 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 TDOS TDOS 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 Energy (eV) Energy (eV)

  17. 态密度计算小结 job=SCF,OUT.FERMI cp OUT.WG IN.WG 增加一次job=NONSCF, IN.VR job=DOS, OUT.EIGEN 平滑处理 展宽 DOS.input, plot_DOS_interp.x plot_DOS_interp.x,投影 plot_DOS.py,画图 插值, DOS_DETAIL

  18. 上机操作 案例文件获取: 方式1:点击下载到本地 example02 方式2:Mcloud用户直接在线拷贝:/share/public/examples-slurmPBS/example02 注:案例将输入文件和部分输出文件分别放置在inputs和relative_outputs文件夹中 注册Mcloud领取上机机时: https://mcloud.lonxun.com

  19. 北京市海淀区学清路8号科技财富中心A座908室 400-618-6006 support@pwmat.com 微信公众号: pwmat1

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