金刚石（100）表面电子结构计算

关于半导体表面重构的原理可以参考这一篇文献，讲的非常详细和基础。

1. 获得体相金刚石结构并切割金刚石2x1-(100)表面，参考上一节内容

2. 此时，MS自动氢饱和后的C-H键长和键角并不是最合理的，因此需要首先进行H原子的结构弛豫

• 此时POSCAR文件为：

  C_mp-66_(diamond_100)
  1.0
          5.0539999008         0.0000000000         0.0000000000
          0.0000000000         2.5269999504         0.0000000000
          0.0000000000         0.0000000000        20.7210998535
      C    H
     16    4
  Selective Dynamics
  Direct
       0.250000000         0.500000000         0.344929993 F  F  F
       0.250000000         0.500000000         0.172470003 F  F  F
       0.000000000         0.000000000         0.431169987 F  F  F
       0.000000000         0.000000000         0.258700013 F  F  F
       0.250000000         0.000000000         0.388049990 F  F  F
       0.250000000         0.000000000         0.215580001 F  F  F
       0.000000000         0.500000000         0.474280000 F  F  F
       0.000000000         0.500000000         0.301820010 F  F  F
       0.750000000         0.500000000         0.344929993 F  F  F
       0.750000000         0.500000000         0.172470003 F  F  F
       0.500000000         0.000000000         0.431169987 F  F  F
       0.500000000         0.000000000         0.258700013 F  F  F
       0.750000000         0.000000000         0.388049990 F  F  F
       0.750000000         0.000000000         0.215580001 F  F  F
       0.500000000         0.500000000         0.474280000 F  F  F
       0.500000000         0.500000000         0.301820010 F  F  F
       0.065830000         0.500000000         0.140699998 T  T  T
       0.434170008         0.500000000         0.140699998 T  T  T
       0.565829992         0.500000000         0.140699998 T  T  T
       0.934170008         0.500000000         0.140699998 T  T  T

• INCAR设置与之前结构优化一致，KPOINTS设置为4 8 1，

• POTCAR使用PBE类型的C和H:grep TI POTCAR
  

3. 计算完成后将CONTCAR文件拷贝为POSCAR文件，并修改为

C_mp-66_(diamond_100)
   1.00000000000000
     5.0539999008000001    0.0000000000000000    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    2.5269999504000000    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    0.0000000000000000   20.7210998535000002
   C    H
    16     4
Selective dynamics
Direct
     0.079999998         0.500000000         0.474280000  T T T
     0.449999988         0.500000000         0.474280000  T T T
     0.000000000         0.000000000         0.431169987  T T T
     0.500000000         0.000000000         0.431169987  T T T
     0.250000000         0.000000000         0.388049990  T T T
     0.750000000         0.000000000         0.388049990  T T T
     0.250000000         0.500000000         0.344929993  F F F
     0.750000000         0.500000000         0.344929993  F F F
     0.000000000         0.500000000         0.301820010  F F F
     0.500000000         0.500000000         0.301820010  F F F
     0.000000000         0.000000000         0.258700013  F F F
     0.500000000         0.000000000         0.258700013  F F F
     0.250000000         0.000000000         0.215580001  F F F
     0.750000000         0.000000000         0.215580001  F F F
     0.250000000         0.500000000         0.172470003  F F F
     0.750000000         0.500000000         0.172470003  F F F
     0.107896715         0.500000000         0.135838479  F F F
     0.392103285         0.500000000         0.135838479  F F F
     0.607896686         0.500000000         0.135838479  F F F
     0.892103314         0.500000000         0.135838479  F F F

• 真空层厚度大约为13.7 Å。这一步主要目的是将体相部分原子固定，随后优化表面态，其中最表面处的原子需要手动调节
  

4. 计算完成后将CONTCAR文件拷贝为POSCAR文件。此后，所有物理性质计算和分析均以此POSCAR为准，不再变动

• 优化完成后结构
  
• 检查OUTCAR中原子受力情况
  
• 也可以在P4VASP中检查可视化原子收敛情况
  

4. 新建文件夹进行表面能带和态密度的计算，参考上一节内容

• 需要注意表面结构的能带计算中KPOINTS路径的选择，比体相材料的路径选择简单，因为在相当于只需要在二维布里渊区路径范围内采样。可以参考二维材料的路径选择
  
• 计算得到的diamond-2x1(100)表面能带
  

5. Homework

• 计算氧化金刚石（100）表面的能带和态密度曲线，并做初步理论分析。氧化模型分为Ether和Ketone两种。参考以下文献
  

References

[1] VASP documentation
[2] Chem. Rev. 1996, 96, 1237−1259
[3] Phys. Rev. B 73, 2006, 085313