FDMNES-董俊才

XANES计算简介FDMNES简介FDMNES使用应用实例上机练习主要内容Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11XANES计算简介FDMNES简介FDMNES使用应用实例上机练习主要内容Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11Zn1-xCoxO稀磁半导体中的Co-空位复合体XANES实验数据吸收原子化学环境XANES模型计算？问题:如何解释XANES?PRL107,127206(2011)Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11问题:如何计算XANES?x-ray自旋向下自旋向上𝜇∝Ψ𝑓𝑁𝒑𝑗∙𝑨𝒓𝑗𝑁𝑗=1Ψ𝑖𝑁2𝛿(𝐸𝑓−𝐸𝑖−ℏ𝜔)𝑓XANES的吸收系数正比于跃迁矩阵元的平方(Fermi黄金规则)𝜖∙𝒓+𝑖(𝜖∙𝒓)(𝒌∙𝒓)偶极矩相互作用四极矩相互作用多电子&单原子模型:基于多重态理论,适用于局域电子态单电子&多原子模型:DFT,适用于扩展电子态多电子&多原子模型:TDDFT,BS方程等XANES计算简介FDMNES简介FDMNES使用应用实例上机练习主要内容Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11FDMNESFiniteDifferenceMethodNearEdgeStructureWebsite::Condens.Matter21,345501(2009).Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11第一性原理计算,全势尽可能少的经验参数各种与芯电子跃迁相关的谱XANES,XMCD,EELS,RXD,RXS,DAFS,DANES…各种极化谱线二色,圆二色…开源软件可以Windows和Linux下运行Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11FDMNES特色计算方法密度泛函(DFT)-局域自旋密度近似(LSDA)全相对论计算，自旋轨道相互作用有限差分方法(FDM)和多重散射理论(MST)电子结构自洽计算在实空间计算对称性分析多极展开各种电子跃迁通道：偶极（E1）,四极（E2）或八极（E3），或磁偶极（M1）,以及各种交叉项(E1E1,E1E2,E2E2,E1E3,M1M1,E1M1,...)多电子效应Hubbard修正(LSDA+U)含时密度泛函(TD-DFT)共振衍射共振与非共振项,磁与非磁项的计算与实验谱比较和优化Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11FDMNES计算原理多重散射理论(multiplescatteringtheory)UseGreen’sfunctionsnotwavefunctions!Quasi-particlefinalstates𝜓𝑓-withcorehole[−∆+𝑉𝑐𝑜𝑢𝑙′+(𝐸)]𝜓𝑓=𝐸𝑓𝜓𝑓Finalstaterule𝑉𝑐𝑜𝑢𝑙′=𝑉𝑐𝑜𝑢𝑙+𝑉𝑐𝑜𝑟𝑒−ℎ𝑜𝑙𝑒Non-hermitianSelf-energy(𝐸)=𝑖𝐺𝑊InelasticMeanfreepathsFermigoldenruleviaGreen’sfunctionsJ.J.Rehr&R.C.AlbersRev.Mod.Phys.72,621(2000).Efficient!Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11FDMNES计算原理有限差分方法(finitedifferencemethod)FermiGoldenruleforXAS𝜇(𝜔)Schrӧdingerequationfor𝜓−∆+𝑉−𝐸𝜓=0The‘‘discretized’’versionofSE−∆+𝑉𝑖−𝐸𝜓𝑖+−𝑛𝑒𝑖𝑔ℎ𝑏𝑜𝑟𝑠𝑗∆𝜓𝑗=0wheretheLaplacian∆is∆𝜓𝑖=1ℎ2(43𝜓𝑗𝜀𝑗,𝜀−112𝜓𝑗𝜀𝜀−𝑗,𝜀152𝜓𝑖where𝜓𝑗𝜀and𝜓𝑗𝜀𝜀areneighboringwavefunctions.Y.Joly,Phys.Rev.B63,125120(2001).Freepotentialshape!Time-consuming!𝜇𝜔~𝜓𝑓𝐻′𝜓𝑖2𝛿(𝐸𝑓−𝐸𝑖−ℏ𝜔)𝑓吸收原子区域1区域2区域3Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11问题:为什么选用FDM?Carbonmonoxy-myoglobinprotein低对称性！FDMExpt.MTFDMExpt.MTXANES计算简介FDMNES简介FDMNES使用应用实例上机练习主要内容Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11RAM：至少256Mb系统：LinuxandWindows编译器：Fortran90&LAPACK全部文本输入和输出，没有图形界面程序包中附带在已经编译好的可执行程序（WindowsXP和LINUX64bits）可以并行计算（MPI库的链接）计算配置Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11文件fdmnes.exe:Windows下可执行程序fdmnes_linux64:Linux下可执行程序(chomd755fdmnes_linux64)fdmfile.txt:indata文件xsect.dat,spacegroup.txt:原子信息和空间群文件夹prog:包含所有的子程序(main.f,general.f…)和mpif.hSim:一些基本功能的输入文件的例子程序包内容Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11如何运行fdmnes.exe(Windows)或fdmnes_linux64(Linux)fdmfile.txt指定计算任务的个数和相应参数文件名称,路径注：该文件名是固定的，不能改！xsect.dat原子相关信息spacegroup.txt空间群fdm_input.txt参数文件，包含各种与体系相关的输入参数注：该文件名了可以任意选取！这三个文件必须在同一路径下该路径也是输出文件的产生路径Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11主要输入文件1.fdmfile.txt包含独立计算任务的个数和相应参数文件的路径和文件名,如!Indatafileforfdmnes1example/cu/cu_inp.txt注释行独立计算任务的个数参数文件名注意：fdmfile.txt不能改名字,且必须与fdmnes可执行程序在同一路径下！2.cu_inp.txt参数文件,包含与模型和XANES模拟相关的所有参数!Fdmnesindatafile!CalculationforthecopperK-edgeincoppercubicfacecenterFiloutexample/cu/cu_outRange-10.0.20.0.510.1.40.Radius3.0Crystal3.6103.6103.61090.90.90.290.00.00.0290.50.50.0290.50.00.5290.00.50.5ConvolutionEfermi-6.End晶体结构参数输出文件名(无后缀!)卷积Cluster大小Ｘ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11主要输出文件1.默认输出文件名为fdmnes_out,该前缀可以通过filout参数修改2.带各种后缀的输出文件：_bav.txt计算细节文件.txt最终计算谱文件_i.txt,_j.txt…晶体学不等价位点_conv.txt经卷积的谱_sda.txt投影能原子a上的态密度_atoma.txt在位置a上原子的计算结果_tddft.txt_tddft_scan.txtTDDFT相关输出文件_tddft_conv.txtＸ射线吸收谱学(XAFS)讲习班,武汉,2014.11屏幕输出FDMNESIIprogram,Revision19September2014Date=21102006Time=21h13mn22srangeradiusscfr_selfcrystalFilout:BaTiO3TitaniumK1edgeE_edge=4966.00eV,WorkF=3.95eVNumberofcalculatednonequivalentabsorbingatom=1Absorptioncalculation:clusterradius=5.50A,nb.ofatom=45Fermienergycalculation:clusterradius=4.50A,nb.ofatom=45Pointgroup:m3m(Oh)Pointgroupused:mmm(D2h)iaZch_valch_corech_totalch_outAtomcharge1223.28317.91221.1950.0010.8052565.50847.64253.1500.1132.850385.1741.9987.1720.0040.828Cycle1,FermiEnergy=-6.512eV,ClusterEnergy_KS=-371.364eVPopulvalabsorb=0.889iaZEnergy_KSChargepop_orb_val(l)lRadius122-17.1752.6430.88921.30209256-69.2363.4190.06701.3249438-94.9840.0264.25110.91202TotalClusterenergy=-95117.947eV读入参数构造Cluster点群计算势自洽计算Cycle22,FermiEnergy=-7.998eV,ClusterEnergy_KS=-345.999eVLevelvalabsorb=-9.521eViaZEnergy_KSChargepop_orb_val(l)lRadius122-27.7821.5142.02121.30209256-80.0473.0630.02901.3249438-79.3900.5203.74210.91202TotalClusterenergy=-95173.972eVDelta_energ=4.975eVDelta=5.000eV,Weight=0.02500Pointgroup:m3m(Oh)Pointgroupused:mmm(D2h)Zchargech_ionVmftIonicradius22*21.9893.094-23.0800.8602221.9103.167-23.4970.8605656.4541.694-23.0801.35087.879-1.620-23.0801.400VmoyF=-12.899eV,Vmoyc=-3.323eVVmoyF_out=-13.089eV,Vmoyc_out=-3.484eVEpsiiused=4866.221eVNumberofEnergies=181Energyxanes-50.0001.1180983E-10-49.0004.1499680E-10-48.0002.7312140E-09-47.0007.1847003E-07-46.0001.5997269E-08计算吸收截面ArctangentmodelGamma_max=15.00,Ecent=30.00,Elarg=30.00Gamma_hole=0.93,Efermi=-9.52eVE_(eV)Width_(eV)lambda_(A)-50