ecaljで半金属α-スズ

ダイヤモンド構造を持つα-スズ(灰色スズ)は、バンドギャップがほとんどない半金属であることが知られています。今回は、ecaljを用いてα-スズの計算し、LDA計算でもGW近似計算でも半金属的なバンド構造を持つことを確認しました。

aSnLDAdos.png

Fig.1: ダイヤモンド構造スズ(α-スズ, 灰色スズ)の状態密度の計算結果。



ダイヤモンド構造のα-スズ


私たちがスズと聞いて、日常的に思い浮かべるのは、β-スズと呼ばれる正方晶の結晶で、金属です。ここで周期表を眺めてみると、スズは14族に属する元素です。14族元素を上から順に見てみると、炭素・シリコン・ゲルマニウムといずれもダイヤモンド構造をとる半導体です(炭素の最安定構造はグラファイトですが)。スズもまた、13℃以下の温度では、ダイヤモンド構造をとり、α-スズ(灰色スズ)と呼ばれ、通常のβ-スズ(白色スズ)と区別されます。

Sn-Alpha-Beta-small.jpg

Fig.2: 左は金属のβ-スズ(白色スズ)で右はダイヤモンド構造のα-スズ(灰色スズ)。Wikipediaのスズのページより


今回はecaljを利用してダイヤモンド構造のα-スズのバンド構造を計算します。
なおWikipediaのスズのページにはバンドギャップが約0.1 eVの半導体[要出典]と書かれています。

計算手順


ecaljのMATERIALSディレクトリで ./job_materials.pySn--noexec オプションをつけて実行すると関連するファイル群が作成されます。
./job_materials.py Sn --noexec

その中から結晶構造ファイル ctrls.sn だけコピーして、後はいつもどおり計算します。

計算結果


LDA計算とワンショットのQSGW計算を行いました。

aSnLDA.png
aSnQSGW.png

Fig.3-4: ダイヤモンド構造のスズ(α-スズ, 灰色スズ)のバンド構造の計算結果(LDAとQSGW)


LDAもGW近似も状態密度を見るとフェルミ準位に状態の谷がありますが、金属なのか半導体なのかの判断は微妙です。バンド図を見るとLDAの方はわずかながらフェルミ準位でバンドの重なりがあります。GW近似の結果は、微妙です。

ecaljでAg2Oの状態密度のときは、LDA計算ではバンドギャップがまったくなかったものが、QSGW計算にするとギャップが開くという結果が得られました。これに対して今回のα-スズの計算ではQSGW計算でもほとんど(あるいはまったく)バンドギャップが見られませんでした。このことは現実のα-スズでもバンドギャップがほとんど(あるいはまったく)ない半金属的な電子構造を持つということと調和的です。

関連エントリ




参考URL




参考文献/使用機器





フィードバック



にほんブログ村 その他趣味ブログ 電子工作へ

 ↑ 電子工作ブログランキング参加中です。1クリックお願いします。


コメント・トラックバックも歓迎です。 ↓      


 ↓ この記事が面白かった方は「拍手」をお願いします。


tag: ecalj QSGW 半金属 

comment

Secret

FC2カウンター
カテゴリ
ユーザータグ

LTspiceAkaiKKRmachikaneyamaScilabKKRPSoC強磁性CPAPICOPアンプecalj常微分方程式モンテカルロ解析状態密度トランジスタodeDOSインターフェース定電流スイッチング回路PDS5022半導体シェルスクリプト分散関係レベルシフト乱数HP6632AR6452A可変抵抗トランジスタ技術温度解析ブレッドボードI2C反強磁性確率論数値積分セミナーバンドギャップバンド構造偏微分方程式非線形方程式ソルバ熱設計絶縁ISO-I2Cカオス三端子レギュレータLM358GW近似マフィンティン半径A/DコンバータフォトカプラシュミットトリガLEDPC817C発振回路数値微分直流動作点解析サーボカレントミラーTL431アナログスイッチUSB74HC4053bzqltyVESTA補間電子負荷アセンブライジング模型BSch量子力学単振り子2ちゃんねるチョッパアンプLDA開発環境基本並進ベクトルFFT標準ロジックブラべ格子パラメトリック解析抵抗SMPMaxima失敗談ラプラス方程式繰り返し位相図スイッチト・キャパシタ熱伝導状態方程式キュリー温度gfortranコバルトTLP621不規則合金Quantum_ESPRESSO六方最密充填構造ランダムウォーク相対論ewidthスピン軌道相互作用FETQSGWVCAcygwinスレーターポーリング曲線GGA仮想結晶近似PWscfシュレディンガー方程式LM555ハーフメタル固有値問題NE555最小値ガイガー管QNAPUPS自動計測ダイヤモンドマントルTLP552格子比熱最適化MCU井戸型ポテンシャル最大値xcrysdenCIF条件分岐詰め回路フェルミ面差し込みグラフスーパーセルfsolveブラウン運動awk過渡解析起電力三角波第一原理計算FXA-7020ZRWriter509Ubuntuテスタ熱力学データロガーTLP521OpenMPubuntu平均場近似MAS830LトランスCK1026PIC16F785PGA2SC1815EAGLEノコギリ波負帰還安定性ナイキスト線図MBEOPA2277P-10フィルタCapSenseAACircuitLMC662文字列固定スピンモーメントFSMTeX結晶磁気異方性全エネルギーc/a合金multiplotgnuplot非線型方程式ソルバL10構造正規分布等高線ジバニャン方程式初期値interp1fcc面心立方構造ウィグナーザイツ胞半金属デバイ模型電荷密度重積分SIC二相共存磁気モーメント不純物問題PWgui擬ポテンシャルゼーベック係数ZnOウルツ鉱構造edeltquantumESPRESSOフォノンリジッドバンド模型スワップ領域BaO岩塩構造ルチル構造ヒストグラム確率論マテリアルデザインフラクタルマンデルブロ集合キーボードRealforceクーロン散乱三次元疎行列縮退化学反応関数フィッティング最小二乗法Excel直流解析PCTS-110TS-112日本語パラメータ・モデル等価回路モデルcif2cell入出力陰解法熱拡散方程式HiLAPW両対数グラフCrank-Nicolson法連立一次方程式specx.fifort境界条件片対数グラフグラフの分割円周率ヒストグラム不規則局所モーメントGimpシンボル軸ラベル凡例線種トラックボール

最新コメント
リンク

にほんブログ村 その他趣味ブログ 電子工作へ