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能带图分析

能带图的横坐标是在模型对称性基础上取的K点。

为什么要取K点呢?因为晶体的周期性使得薛定谔方程的解也具有了周期性。

按照对称性取K点,可以保证以最小的计算量获得最全的能量特征解。

能带图横坐标是K点,其实就是倒格空间中的几何点。

其中最重要也最简单的就是gamma那个点,因为这个点在任何几何结构中都具有对称性,所以在castep里,有个最简单的K点选择,就是那个gamma选项。

纵坐标是能量。

那么能带图应该就是表示了研究体系中,各个具有对称性位置的点的能量。

我们所得到的体系总能量,应该就是整个体系各个点能量的加和。

记得氢原子的能量线吧?能带图中的能量带就像是氢原子中的每条能量线都拉宽为一个带。

通过能带图,能把价带和导带看出来。

在castep里,分析能带结构的时候给定scissors这个选项某个值,就可以加大价带和导带之间的空隙,把绝缘体的价带和导带清楚地区分出来。

DOS叫态密度,也就是体系各个状态的密度,各个能量状态的密度。

从DOS图也可以清晰地看出带隙、价带、导带的位置。

要理解DOS,需要将能带图和DOS结合起来。

分析的时候,如果选择了full,就会把体系的总态密度显示出来,如果选择了PDOS,就可以分别把体系的s、p、d、f状态的态密度分别显示出来。

还有一点要注意的是,如果在分析的时候你选择了单个原子,那么显示出来的就是这个原子的态密度。

否则显示的就是整个体系原子的态密度。

要把周期性结构能量由于微扰裂分成各个能带这个概念印在脑袋里。

最后还有一点,这里所有的能带图和DOS的讨论都是针对体系中的所有电子展开的。

研究的是体系中所有电子的能量状态。

根据量子力学假设,由于原子核的质量远远大于电子,因此奥本海默假设原子核是静止不动的,电子围绕原子核以某一概率在某个时刻出现。

我们经常提到的总能量,就是体系电子的总能量。

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