Prise en main du code VASP - Germain Salvato …gvallver.perso.univ-pau.fr/.../presentation_TP_VASP.pdfIntroduction Background Entrée/Sortie environnement - exécution TP Base et

Introduction

Background

Entrée/Sortie

environnement -exécution

TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Prise en main du code VASP

Germain Vallverdu<[email protected]>

Université de Pau et des pays de l’adour

27 Janvier 2014

Tutorial VASP - Germain Vallverdu 27 Janvier 2014 1 / 49

Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Sommaire

1 Introduction

2 Chimie théorique du solide de base

3 Entrée/Sortie

4 Environnement de travail et exécution

5 Travaux pratiques VASPBase d’onde plane et grille de points k

Structure électronique et magnétisme – Ni métal

Correction de Hubbard – NiO

Étude d’une surface : Cu (111)


Introduction

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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Sommaire

1 Introduction


3 Entrée/Sortie


5 Travaux pratiques VASP


Introduction

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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

VASP, qu’est ce que c’est ?

VASP : Vienna Ab initio Simulation Package

VASP est un code permettant de mener à bien des simulations de dynamiquemoléculaire quantique.

Calculs statiquesCalcul d’énergieOptimisation de la structure

Propriétés électroniques : DOS, charges, bandes d’énergiePropriétés spectroscopique : déplacement de pic de coeurs, spectre IR

Calcul de dynamique moléculaire

Caractéristiques

Résolution de l’équation de Shrödinger via la théorie de la fonctionnelle dela densité (DFT)

Base d’ondes planes

Utilisation de pseudo potentiels

Utilisation de conditions aux limites périodiques (3D uniquement)


Introduction

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TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Sommaire

1 Introduction


3 Entrée/Sortie




Introduction

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Entrée/Sortie


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Ni

NiO

surface

DFT : Density Functional Theory – Idées générales

La DFT est basé sur la densité électronique ρ(~r)

ρ(~r) =

∫1. . .

∫N−1|Ψ(~r1, . . . ,~rN)|2d~r1 . . .d~rN−1

L’énergie est exprimée comme une fonctionnelle de la densité :

E[ρ] = Eo[ρ] + J[ρ] + Vxc[ρ]

Eo[ρ] : énergie monoélectronique

J[ρ] : énergie électrostatique de coulomb

Vxc[ρ] : énergie d’échange et corrélation => fonction inconnue

Choix de la fonctionnelle de la densité

En DFT, le choix du niveau d’approximation se fait en choisissant unefonctionnelle.

Différents types d’approximations :

LDA : Local Density Approximation Vxc[ρ](xo) = f [ρ(xo)]

GGA : Generalised Gradient Approximation Vxc[ρ](xo) = f [ρ(xo),∇xoρ]

meta-GGA : Vxc[ρ](xo) = f [ρ(xo),∇xoρ,∆xoρ]

hybride : GGA avec un peu d’échange Hartree-Fock (exact)


Introduction

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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Bases d’onde planes

Fonction d’onde adaptée à la symétrie de translation

D’après le théorème de Block les fonctions d’onde adaptées à la symétriede translation s’écrivent

Ψj,~k(~r) =

Nmaille∑m=1

φj (~rm) exp(

i ~k ·~rm)

~k : caractérise la symétrie de translation.{φj} : Bases utilisées pour décrire la fonction d’onde du système. Deuxgrandes familles :

Orbitales atomiques : φj (~r) = Ψn,`,m`(r, θ, ϕ) (Gaussian Type Orbital)

Ondes planes φj (~r) = exp(

i ~K .~r)

où ~K est un vecteur d’onde.

Dans une base d’ondes planes :

Ψ~k(~r) =

Nmaille∑m=1

exp[i (~k + ~K ) ·~rm

]La taille de la base est fixée par la valeur maximalede l’énergie ε d’une onde plane (cut-off )

ε = ~2|~k + ~K |2 / 2me

Avantages

Adaptées à la symétriecristalline.

Un seul paramètre :l’énergie de cut-off


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TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Pseudo-potentiels - position du problème

r

foncti

on d

’onde

ψψ

Problématique

Proche du noyau la fonctiond’onde oscille rapidement

Loin du noyau elle estmonotone

=> Difficultés pour décriresimultanément les deux régions.

Solution

Calcul tout électrons avec une grande base.

Pseudo-potentiel : Proche du noyau, la fonction d’onde ψ est remplacéepar une pseudo-fonction ψ qui oscille moins. Approche du coeur gelé(frozen core).

Avantage

Permet de diminuer la taille de la base (le cutoff ) et le temps de calcul.


Introduction

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TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Pseudo-potentiels - Projector Augmented Wave

r

fonct

ion d

’onde

dans la sphere atomique

espaceinteratomique

ψψ

L’équation de Schrödinger estrésolue en présence dupseudo-potentiel.

Dans une sphère centrée surchaque atome la fonctiond’onde est rajoutée a posteriori.

Tout électrons pseudo fonctionpseudo fonctiondans la sphère

Tout électronsdans la sphère

= - +

|ψ〉 =∣∣∣ ψ ⟩+

∑i

(|φi〉 −

∣∣∣φi

⟩)⟨pi

∣∣∣ψ⟩Tutorial VASP - Germain Vallverdu 27 Janvier 2014 9 / 49

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Entrée/Sortie


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Ni

NiO

surface

Conditions périodiques aux limites

? Comment modéliser un système infini périodique ?

La motif élémentaire est répété périodiquement dans toutes les directions del’espace.

motif

Images périodiques

Avantages

Idéal pour représenter un systèmepériodique infini (cristal parfait).

Bien adapté à l’utilisation desbases d’ondes planes

Inconvéniants

Traitement des systèmes 2D, 1Dou non périodiques

Traitement des défauts,occupations partielles


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Ni

NiO

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Sommaire

1 Introduction


3 Entrée/Sortie




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Ni

NiO

surface

Fichiers d’entrée et de sortie

VASP

INCAR

POSCAR

POTCAR

KPOINTS

CHGCAR

CONTCAR

DOSCAR

EIGENVAL

OSZICAR

OUTCAR

vasprun.xml

WAVECAR

Fichiers desortie principaux

Fichiers d’entréeobligatoire

Caractéristiques des fichiers d’entrées

INCAR : Type de calcul et paramètres du calcul

POSCAR : Positions initiales des atomes

KPOINTS : Grille de points k utilisée

POTCAR : Pseudo-potentiels utilisés


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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Le fichier INCAR : Paramètres du calcul

Voici trois exemples types de fichiers INCAR.

Documentation : http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/INCAR_file.html

INCAR INCAR INCAR

Ionic relaxationElectronic

PREC = AccurateEDIFF = 1e-6NELMIN = 4ENCUT = 400LORBIT = 11GGA = PS

Ionic relaxationNSW = 200ISIF = 2IBRION = 2EDIFFG = -0.01

smearingISMEAR = 0SIGMA = 0.05

Single PointElectronicPREC = AccurateEDIFF = 1e-6NELMIN = 4ENCUT = 400LORBIT = 11GGA = PS

Ionic relaxationNSW = 0

smearingISMEAR = -5

DOS calculationElectronicPREC = AccurateEDIFF = 1e-6ICHARG = 11ENCUT = 400LORBIT = 11GGA = PS


DOS parametersEMIN = -40.EMAX = 10NEDOS = 600

smearingISMEAR = -5

choix de la fonctionnelle de la densité

base d’ondes planes : cutoff

Précision du calcul

ensemble des mots clefshttp://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/Category:INCAR


http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/INCAR_file.html

http://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/Category:INCAR

http://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/Category:INCAR

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Ni

NiO

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Le fichier POSCAR : structure initiales

documentation : http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/POSCAR_file.html

Li2O CFC1.04.619 0.0 0.00.0 4.619 0.00.0 0.0 4.619

Li O4 8

Direct0.0 0.0 0.00.5 0.5 0.00.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.25 0.25 0.250.25 0.75 0.250.75 0.25 0.250.75 0.75 0.250.25 0.25 0.750.25 0.75 0.750.75 0.25 0.750.75 0.75 0.75

titrescaling factor

types d’atomesnombre d’atomes de chaque typeSysteme de coordonnees

vecteurs de la mailledans un repere cartesien

4 atomes de lithium

8 atomes d’oxygène

POSCAR

En sortie le fichier CONTCAR est écrit avec le même format.


http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/POSCAR_file.html

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NiO

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Le fichier KPOINTS : grille de points k utilisée

Grille de points k

L’énergie totale est obtenue par intégration sur la zone de Brillouin.

La grille de points k doit paver la zone de Brillouin pour que l’intégration soitprécise mais ne doit pas être trop fine pour limiter le temps de calcul.

documentation : http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/KPOINTS_file.html

KPOINTSgrille 6x6x6 titre0 0 = grille automatiqueGamma centre sur le point gamma6 6 6 nombre de points par direction0 0 0 decalage vs origine

Recommandations

Système non périodique (molécule) : un seul point k, grille 1×1×1

Le nombre de points k requis est lié aux paramètres de maille. Plus leparamètre de maille est petit plus il faut un grand nombre de points k.

Pour le calcul d’une DOS il faut un grand nombre de points k.

Pour une maille hexagonale centrer la grille en Γ.

Voir le mot clef KPAR


http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/KPOINTS_file.html

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NiO

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Le fichier POTCAR : pseudo potentiels

Documentation : http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/POTCAR_file.html et http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/Pseudopotentials_supplied_with_VASP_package.html

POTCARPAW_PBE O 08Apr20026.00000000000000000parameters from PSCTR are:VRHFIN =O: s2p4LEXCH = PEEATOM = 432.3788 eV, 31.7789 Ry

TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002LULTRA = F use ultrasoft PP ?IUNSCR = 0 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-noRPACOR = .000 partial core radiusPOMASS = 16.000; ZVAL = 6.000 mass and valenzRCORE = 1.520 outmost cutoff radiusRWIGS = 1.550; RWIGS = .820 wigner-seitz radius (au A)ENMAX = 400.000; ENMIN = 300.000 eVICORE = 2 local potentialLCOR = T correct aug chargesLPAW = T paw PPEAUG = 605.392DEXC = .000RMAX = 2.264 core radius for proj-operRAUG = 1.300 factor for augmentation sphereRDEP = 1.550 radius for radial gridsQCUT = -5.520; QGAM = 11.041 optimization parameters

pseudo potentiel PAW del’oxygène

Nombre d’électronsde valence

configuration électroniquede valence

fonctionnelle utilisée pourconstruire le pseudopotentiel

cutoff minimal conseillé pourcet atome

Les fichiers POTCAR sont fournis par VASP

Quand on a plusieurs atomes on concatène les fichiers POTCAR dansl’ordre d’apparition des atomes dans le fichier POSCAR.


http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/POTCAR_file.html

http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/Pseudopotentials_supplied_with_VASP_package.html

http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/Pseudopotentials_supplied_with_VASP_package.html

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NiO

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Sommaire

1 Introduction


3 Entrée/Sortie




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Environnement et exécutable VASP (pyrene)

Pseudopotentiel PAW PBE de VASP

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> module load pseudoVASP/04.05.2012/paw/PBE

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> cp $PAWROOT/Li/POTCAR .

VASP séquentiel sur pyrene

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> module load vasp/5.3.2-seq

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> vasp

VASP parallèle sur pyrene

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> module load vasp/5.3.2

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> $MPI_RUN -np 2 vasp

Le chargement des modules ne se fait qu’une fois au démarrage. Lacommande module list permet de savoir les modules actuellement chargés.


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1 Introduction


3 Entrée/Sortie







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Ni

NiO

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Un premier calcul : Li - metalPréparation des fichiers

INCAR

Li metalSYSTEM = "Li bcc"

ElectronicPREC = AccurateEDIFF = 1e-6ENCUT = 400GGA = PS


smearingISMEAR = 1SIGMA = 0.2

POSCAR

Li metal bcc3.511.00 0.00 0.000.00 1.00 0.000.00 0.00 1.00Li2

Direct0.0 0.0 0.00.5 0.5 0.5

KPOINTS

grille 6x6x60Gamma6 6 60 0 0

Charger le module vasp et le pseudopotentiel de Li et exécuter VASP

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> module load pseudoVASP/04.05.2012/paw/PBE

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> cp $PAWROOT/Li/POTCAR .

# gvallver@pyrene ~/pyrene/gvallver/Li> module load vasp/5.3.2-seq


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Ni

NiO

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Un premier calcul : minimisation électronique de Li

Sortie standard (terminal)# gvallver@pyrene ~/VASP/tutorial/Li/opt_condition> ./vaspvasp.5.3.2 13Sep12 (build Nov 15 2012 16:01:14) complex

POSCAR found type information on POSCAR LiPOSCAR found : 1 types and 2 ionsLDA part: xc-table for Pade appr. of PerdewPOSCAR, INCAR and KPOINTS ok, starting setupFFT: planning ...WAVECAR not readentering main loop

N E dE d eps ncg rms rms(c)DAV: 1 -0.340959690341E+01 -0.34096E+01 -0.62201E+02 110 0.209E+02DAV: 2 -0.388000344554E+01 -0.47041E+00 -0.43893E+00 150 0.935E+00DAV: 3 -0.388586759537E+01 -0.58641E-02 -0.58119E-02 115 0.983E-01DAV: 4 -0.388587563856E+01 -0.80432E-05 -0.80431E-05 160 0.427E-02DAV: 5 -0.388587564076E+01 -0.22027E-08 -0.21730E-08 110 0.828E-04 0.191E-01DAV: 6 -0.388442410915E+01 0.14515E-02 -0.41838E-05 140 0.420E-02 0.125E-01DAV: 7 -0.388352943654E+01 0.89467E-03 -0.11246E-04 100 0.735E-02 0.573E-03DAV: 8 -0.388350888296E+01 0.20554E-04 -0.12835E-06 120 0.641E-03 0.226E-03DAV: 9 -0.388350495574E+01 0.39272E-05 -0.38949E-07 65 0.405E-03 0.857E-05DAV: 10 -0.388350498301E+01 -0.27276E-07 -0.14588E-08 50 0.658E-04

1 F= -.38835050E+01 E0= -.38829691E+01 d E =-.160766E-02writing wavefunctions

Observer la convergence de l’énergieChangement d’algorithme de minimisation à l’étape 5Valeur de l’énergie totale sur la dernière ligneObservation diverses : géométrie, fonctionnelle, date ...


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1 Introduction


3 Entrée/Sortie







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Ni

NiO

surface

Optimisation de la base d’onde plane

200 300 400 500 600 700 800

ENCUT / eV

-10

-5

0

5

10

15

20

25

∆E

= E

- E

800 /

m

eV

Convergence

La convergence n’est pas variationnelle => mixing de la densité.

La précision du calcul est de l’ordre de 10 meV.

ENCUT > 400 eV.


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TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Optimisation de la grille de points k

Résultats

# k a alpha Econv SinglePts DE1 2.238 60.0 -15.8630060 -14.1349960 -14134.9962 2.701 60.0 -2.3472513 -2.2458515 11889.1443 2.497 60.0 -4.6616245 -4.6293625 -2383.5114 2.529 60.0 -4.1397856 -4.1322644 497.0985 2.515 60.0 -4.4135761 -4.3978349 -265.5706 2.525 60.0 -4.2458045 -4.2366917 161.1437 2.518 60.0 -4.3532290 -4.3395484 -102.8578 2.524 60.0 -4.2771373 -4.2673145 72.2349 2.519 60.0 -4.3250466 -4.3123058 -44.99110 2.519 60.0 -4.2970530 -4.2843054 28.00011 2.518 60.0 -4.3181305 -4.3041724 -19.86712 2.518 60.0 -4.3085235 -4.2950313 9.141

Convergence

Les paramètres de maille converge rapidement.

L’énergie nécessite une grille plus importante => Système métallique


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Ni

NiO

surface

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1 Introduction


3 Entrée/Sortie







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Ni

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Ni métal et MAGMOM

Calcul d’énergie MAGMOM = 1

total charge# of ion s p d tot----------------------------------------

1 0.496 0.488 8.334 9.319

magnetization (x)# of ion s p d tot----------------------------------------

1 -0.007 -0.026 0.625 0.592

E0= -.54582153E+01

Calcul d’énergie MAGMOM = 0


1 0.000 0.000 0.000 0.000

E0= -.54071349E+01

Initialisation de la polarisation de spin

Les résultats dépendent de la valeur de MAGMOM

VASP ne sait pas trouver seul la bonne solution !


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Ni

NiO

surface

Ni métal – DOS

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8E - E

f / eV

-3

-2

-1

0

1

2

3

DO

S

spin αspin β

Observations

Dissymétrie de la DOS => moment magnétique non nul

Absence de gap => composé métallique


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Ni

NiO

surface

Ni métal – Projection de la DOS sur les OA

Ni (métal) Si (covalent)

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10E - E

f / eV

-3

-2

-1

0

1

2

3

DO

SDOS totaleΣ DOS projetées

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12E - E

f / eV

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

DO

S

DOS

R = 1.3 Å

R = 1.4 Å

Observations

La projection n’est pas exacte !

Problème de l’intersphère

Il faut être vigilant lors de l’analyse de DOS projetées avec VASP


Introduction

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Entrée/Sortie


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Ni

NiO

surface

Ni métal – Contribution des OA à la DOS

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8E - E

f / eV

-3

-2

-1

0

1

2

3

DO

S

totalsp

d

Observations

Presque exclusivement des électrons d


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Ni

NiO

surface

Ni métal – Diagramme de bandes

L Γ X U K Γ-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

E -

Ef /

e

V

DOS

spin up

spin down

Ef

Observations

Correspondance entre les bandes et la DOS


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Ni

NiO

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1 Introduction


3 Entrée/Sortie







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Ni

NiO

surface

Conséquence de la Self -interaction en DFT

Positions du problème :Localisation électronique : isolant,semi-conducteur

Délocalisation électronique : métallique

Pour les métaux de transitions :Les électrons d, f sont localisés

Corrélation électronique importante

Traitement de la répulsion électronique

Traitement Hartree-Fock

< Ψ|HHF |Ψ >= Eomono + J − K

Traitement DFTE[ρ] = Eo

mono[ρ] + J[ρ] + Vxc[ρ]

DFT : Erreur de Self-interaction

En DFT, la surestimation de la répulsion électronique conduit à favoriser lecaractère métallique par rapport à un caractère isolant ou semi-conducteur.


Introduction

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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface














Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface














Introduction

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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Métaux de transition et électrons fortement corrélés

9 OAmétal

` orbitalesde ligands

` OMliantes

(9-`) OMnon liantes

` OManti-liantes

Les électrons d sont lo-calisés sur le métal.

Ils sont fortement cor-rélés. L’erreur de self -

intéraction est importante.

Diagramme d’OM simplifié d’un complexe ML`


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Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

DFT+U : Modèle de Hubbard

Comment rétablir une description correcte de la corrélation électronique ?

Fonctionnelle hybride : on ajoute à la fonctionnelle une partie d’échangeexact (B3LYP, PBE0, HSE).

DFT+U : modèle de Hubbard.

Principe du modèle de Hubbard

On ajoute un terme à la fonctionnelle de sorte à favoriser la localisation desélectrons.

EDFT+U [ρ] = EDFT [ρ] +∑

i

(U − J)

(12− ni

)Pi [ρ]

U paramétrise la répulsion supplémentaire, entre 1 et 10 eVJ paramètre d’échangeni occupation de la bande i (entre 0 et 1)Pi opérateur de projection sur une orbitale localisée

Les bandes plus que demi remplies sont favorisées.

Les bandes moins que demi remplies sont défavorisées.

Conclusion

La localisation des électrons est favorisée.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface








i

(U − J)

(12− ni

)Pi [ρ]




Conclusion



Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface








i

(U − J)

(12− ni

)Pi [ρ]




Conclusion



Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface








i

(U − J)

(12− ni

)Pi [ρ]




Conclusion



Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Moment magnétique de NiO

Valeurs sans correction


1 -0.012 -0.014 1.240 1.2142 0.012 0.014 -1.240 -1.2143 0.000 0.000 0.000 0.0004 0.000 0.000 0.000 0.000

------------------------------------------------tot 0.000 0.000 0.000 0.000

gap = 0.25 eV

Observations

Le moment magnétique est non nul sur le nickel et nul sur l’oxygène =>Cohérent avec les charges formelles : Ni2+ est d8, O2– est 2s22p6.

L’ordre magnétique est antiferromagnétique : inversion du sens du momentmagnétique entre les deux atomes de nickel.

Valeur expérimentale : 1.70µB => mauvaise valeur

gap expérimental : ' 4. eV => isolant


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

NiO – Analyse de la DOS sans correction

-20 -15 -10 -5 0 5E - E

f / eV

-6

-4

-2

0

2

4

6

DO

S

total DOSp Ni

d Nis Op O

Observations

Absence de gap

OA s de l’oxyg-ne profonde et peu dispersées


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

NiO – Analyse de la DOS avec correction

-20 -15 -10 -5 0 5E - E

f / eV

-10

-5

0

5

10

DO

S

total DOSp Ni

d Nis Op O

Observations

Ouverture du gap ' 3.4 eV


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

NiO – Éclatement des OA d du Ni

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6E - E

f / eV

-10

-5

0

5

10

DO

S

total DOSt2geg

Observations

On retrouve l’éclatement classique en niveaux type t2g et eg d’un métalde transition dans un environnement octaédrique.

Les niveaux eg apparaissent dans la bande de conduction puisqu’il ne sontpas totalement rempli du fait de la configuration d8 de Ni2+.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Effet du +U sur la DOS de NiO

-18 -15 -12 -9 -6 -3 0 3 6 9

E - Ef / eV

-6

-3

0

3

6

-6

-3

0

3

6

-6

-3

0

3

6

-6

-3

0

3

6

-6

-3

0

3

6

-6

-3

0

3

6total DOS

Ni d OA

DO

S

LD

AU

= 2

eV

U =

4 e

VU

= 6

eV

U =

8 e

VU

= 1

0 e

V

Ef

Observation

Le gap s’ouvreprogressivement

Les OA d du nickel sontabaissées en énergie


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Moment magnétique de NiO avec correction

Valeurs sans correction


1 -0.003 -0.006 1.726 1.7172 0.003 0.006 -1.726 -1.7173 0.000 0.000 0.000 0.0004 0.000 0.000 0.000 0.000

------------------------------------------------tot 0.000 0.000 0.000 0.000

gap = 3.4 eV

Observations

Valeur expérimentale : 1.70µB

gap expérimental : ' 4. eV

La correction de Hubbard donne une structure électronique correcte :isolant et bonne valeur de moment magnétique.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Effet du +U sur le moment magnétique du nickel

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10U parameter / eV

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

mom

ent

mag

nét

ique

/

µ

B

Observations

Augmentation progressive du moment magnétique

La valeur expérimentale est obtenue entre U = 7 eV et U = 8 eV.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

NiO – Configuration de spin

Résultats de la configuration ferromagnétique


1 0.010 0.013 1.775 1.7982 0.010 0.013 1.775 1.7983 0.018 0.178 0.000 0.1964 0.018 0.178 0.000 0.196

------------------------------------------------tot 0.055 0.383 3.550 3.988

Énergie des configurations de spin

Configuration AF : -.22867350E+02Configuration FM : -.22696695E+02Delta = FM - AF : 171 meV

∆E est supérieur à la précision des calculs VASP ('10meV)

La configuration AF est bien la plus stable


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Sommaire

1 Introduction


3 Entrée/Sortie







Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Modélisation d’une surface

Surface semi-infini

∞ ~a

~c∼ ∞12Å∼ ∞

Modèle du slab dans un code périodique

Applications

Propriétés structurales des surfaces

Propriétés thermodynamique des surfaces

Réactivité de surfaces


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Adsorption de sonde gazeuse

Étude de la réactivité des surfaces

sondesonde

sondesonde

~a

~c

∼ ∞

Difficultés / Problématiques

Choix de la surface ?

Site d’absorption ?

Taux de recouvrement ?

Système non symétrique.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Modélisation d’une interface solide/solide

A

B

phases bulk

~a

~c

Modèle du slab appliqué au cas d’une interface

Domaiens d’applications

Interface électrode/électrolyte solide

Matériaux composites

Structuration d’un matériau

...


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Surface (111) du Cuivre

Espace vide 10 Å

Nombre de couches ?


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Convergence en fonction du nombre de couches

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Nombre de couches

97

98

99

100

γ11

1 /

meV

.Å-2

StandardBoettger

Observations

La convergence est atteinte à partir de 7 couches (métal) a.

L’approche de Boettger converge plus rapidement.

a. Boettger, J. C. Phys. Rev. B 1994, 49, 16798–16800.


Introduction

Background

Entrée/Sortie


TPBase et points k

Ni

NiO

surface

Modifications structurales – Modèle à 6 couches

Positions initiales : vert

Positions finales : bleu

Observations

Peu de modification au centre du modèle

Peu de modifications dans le plan parallèleà la surface.

Tassement des couches de surfaces


Documents

Prise en main du code VASP - Germain Salvato …gvallver.perso.univ-pau.fr/.../presentation_TP_VASP.pdfIntroduction Background Entrée/Sortie environnement - exécution TP Base et