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轨道占据数

2024-7-14 09:53| 发布者: admin| 查看: 415| 评论: 0|来自: 邱新龙版《第一性原理基本概念

摘要: 在DFT计算中,轨道占据数是指每个轨道被电子占据的数量在Kohn-Sham方程中,每个轨道都对应一个波函数这个波函数描述了电子在该轨道上的概率分布由于电子必须出现在轨道上,不可能悬空所有电子要不占据了轨道,要不没 ...
在DFT计算中,轨道占据数是指每个轨道被电子占据的数量
在Kohn-Sham方程中,每个轨道都对应一个波函数
这个波函数描述了电子在该轨道上的概率分布
由于电子必须出现在轨道上,不可能悬空
所有电子要不占据了轨道,要不没有占据轨道
如果1个电子在轨道上轨道占据数就是1,如果不在轨道上就是0
轨道占据数在DFT计算中非常重要
因为它们直接关系到电子密度和能级的计算,所以这个必须处理好
需要注意的是,这个是描述轨道上占据的电子数目,不是轨道数目
一个轨道可以被多个电子占据,每个电子的占据数都是1,N个电子占据就是N


了解了轨道占据数的概念,知道了占据轨道的电子是1,没有是0 

前面提及了波函数是描述电子的概率行为,那么需要了解这个概率行为

通过了解费米能级我们可以更好的了解这个概率行为

同时费米能级又是我们分析描述材料导电性的重要指标


费米能级指的是在0K,也就是绝对零度下,电子不能运动

这个时候电子会占据最高的能级叫做费米能级

但是我们研究的肯定不可能是绝对零度的情况

所以会有温度,那么电子就会吸收温度而获取能量

获得的能量就有可能导致发生跃迁

这个时候费米能级就会跟着往上移动

这种有可能发生跃迁就是一种概率行为

根据热平衡原理可知

各部分的能量状态达到一个动态平衡

因此只有部分电子发生跃迁


不同的DFT计算软件

对于费米能级的值

定义不一样

有的是直接定义为0ev


根据费米-狄拉克分布公式

当T=0K时,有人会问T是分母不能为0

我们这个时候不需要考虑这个做近似处理就好

当T等于0时,指数项趋近于无穷

这个时候我们只需要考虑量子态的能量和费米能级的差值

因为他们差值有限,只区分正负



不同温度下费米-狄拉克分布图像

当T=0K时

电子在费米能级以下具有严格的占据态

在费米能级以上为0,以下为1

这种不符合实际情况

并且这种计算你会发现都是垂直下来

较为难以收敛

因为不像其他0.9到1

这个只有0到1


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