(8月18日更新)二維材料--學習專題之后如何開展自己的研究

1、追求卓越，自強不息學習完專題之后廣東工業(yè)大學 董華鋒恭喜你學習完了各個專題（專題0-18），下面指導如何開展自己項目的研究這個專題，主要是針對研究二維體系的同學。因為，我自己做了MoS2 的能帶計算后，發(fā)現如果像三維材料那樣僅用ISIF=3進行一次性優(yōu)化，得到的CONTCAR變成了沒有真空層了。打個比方：用單層石墨烯像三維材料那樣僅用ISIF=3進行一次性優(yōu)化，得到的是石墨，兩邊的真空層變沒了！這是因為石墨的能量比單層的石墨稀低，VASP并沒有錯。但是對于二維材料，我們不希望真空層變沒了！（因為那樣就不是二維材料了）。所以，對于二維材料的計算，我專門重做了這個專題。一 選一個體系研究二 進行U

2、SPEX 結構搜索（這一部分很耗時間，目前，這一步的搜索我已經幫你們完成）。三 找出你所選體系計算中的能量最低的 約3-5個結構。即，對比所選體系所有的results 文件夾中的 goodstructures，找出能量最低的 3-5 個結構；四 找出 /public/home/test/hfdong/2D 目錄下 CrS2 CrTe2 MoSe2 NbS2-2 NbSe2-2 ReSe2 TaS2 TaSe2-2 VS2 VSe2-2 ZrS2 CrSe2 MoS2 MoTe2 NbSe2 ReS2 ReSe2-2 TaSe2 TiS2 VSe2 WS2 WTe2的每個體系的能量最低的結構。五

3、 把第四步找到的 POSCAR 中的元素全部換成自己的體系的元素，全部用USPEX結構搜索時的INCAR_1,2,3,4 優(yōu)化一遍（在Specific 文件夾中），收集最后的能量。并且，與第三步找出的 3-5 個結構的能量比較，看看是否可以打敗其中的一部分結構。即第三第四步所有的結構的能量排序，得到能量最低的 1-3 個結構（我建議所有結構再加一個靜態(tài)計算，再比較能量，這樣得到的能量更精確）. 這時，這 1-3個結構就可以計算后面的能量，光學，力學，電學性質了。（舉例來說，我研究的是MoS2 體系，在這個體系里，我找出了幾個能量最低的3個結構。然后，新建一個文件夾，我把 ZrS2, ZrTe2

4、,的最好的結構的POSCAR 復制過來，分開放在不同的文件夾下，然后把POSCAR 中的 Zr S, 元素改為 Mo S 元素，然后優(yōu)化，靜態(tài)計算，然后查看能量，并且和原來找到的MoS2 體系中的 3 個能量最低的結構的能量比較，其它類推。 這樣，我就能確定MoS2 能量最低的幾個結構了。 思考：MoS2 與其它體系有什么聯系？為什么我這么做會有助于找到新的好的結構？）在開始計算各個結構的性質之前，我建議先做文獻調研，看一下你找到的結構是否有人研究了？ 你找到的結構里是否有新的結構？以及別人都是如何研究這個體系的？最終確定研究的方向（即寫作的思路）六做你的體系的文獻調研。 搜索的關鍵詞，拿我的

5、MoS2 的為例子， 第一個關鍵詞MoS2,第二個MoS2 two dimension, 第三個MoS2 new structure 第四個 MoS2 first principle; 等（要求， 至少在 web of sciense 和 中的 google 中搜索一遍）文獻調研很重要文獻調研主要是 1. 看別人做了你的 idea 沒？2. 了解別人都在關注這個體系的什么性質？3. 這個體系有哪些潛在的用途？ 4. 有沒有突然獲得新的想法？ 在文獻調研的文章中，選約3-5篇 文章精讀，即每個句子都讀；如果有特別好的文章，與你的想法很接近的文章，就翻譯一遍，你會在翻譯的過程中學習到很多東西。 其

6、余的文章泛讀，即看看標題，摘要，引言 和 圖片，圖標，知道那篇文章講點什么即可(參考如何看文獻，或如何看英文文獻)。七， 確定研究思路、寫作思路做了文獻調研之后，你應該知道了你的最好的結構是否是已知的了。另外，你的最好的幾個結構中，是否有新的結構也知道了。那么，我建議可以這樣確定研究思路：文章系列一：第一篇文章：1，如果你的最好的結構（能量最低的）能量上比所有已知的結構都低，那么，你就再選一兩個結構，加上已知的結構，一起研究它們的電子結構，能帶結構，DOS 圖，PDOS圖，聲子譜，等作為文章一，這里，如果能好好挖掘一個好故事，就是一篇特別好的文章（前提是好好做文獻調研）。如果想文章豐富點，可以

7、加平面拉應力（即把 XY 平面 的晶格常數等差擴大，或等比），看電子結構、能帶的變化；第二篇文章，可以專門研究前面的那幾個結構的光學性質，作比較。如果想文章豐富點，可以加平面拉應力（即把 XY 平面 的晶格常數等差擴大，或等比），看光學性質的變化。第三篇文章：照樣研究那幾個結構，研究它們的力學性質，并且加平面拉應力（即把 XY 平面 的晶格常數等差擴大，或等比），看力學性質隨著應力的變化。文章系列二：1，如果你的最好的結構（能量最低的）能量上比已知的結構高，或者你的最好的結構是已知的。那么，看一下你的第二好，第三好，第四好的結構，看是否是新的結構。如果有新的結構，那么就專門報道 這幾個新的結構

8、，在能量上，電子結構上，光學性質上，力學性質和 已知的最好的結構相比?？从惺裁床煌?，是否更好？（太陽能電池最優(yōu)的能帶隙是約 1.4 eV）. 并且解釋為什么不同，也是一篇很好的文章。當然，這些結構也可以像上一段那樣分開研究它們的性質以及隨著應力的變化，分開寫幾篇文章（思考一下：如何分開？）。文章系列三：1，如果你的最好的結構，及第二好的結構都是已知的。并且，第三好的結構，也沒有什么特殊的性質，那么，你可以研究第一好，第二好，第三好的結構的電學，力學和光學性質 隨著 拉應力的變化，并作比較，有什么不同？并解釋為什么不同，這樣也是一篇很好的文章。文章系列四：把最好的結構拿出來，在上面加上一層 石墨

9、烯（或者上一層，下一層，形成三文治結構），組成異質結，研究這個異質結 的光，電和力學性質 隨著拉應力（甚至靜水壓力）的變化。（參考Pressure-Induced Charge Transfer Doping of Monolayer Graphene/MoS 2 Heterostructure DOI: 10.1002/smll.201600808 ）文章系列五：把最好的結構拿出來，摻雜一些磁性原子入去，計算電荷轉移等，以及能帶的變化，以及光吸收的變化等文章系列六：把最好的結構拿出來，在上面放H氣或者 H2O，或者 CO等，研究它們的吸附行為。文章系列七：了解一下拓撲絕緣體，超導體，等等其它

10、的性質，看是否有緣，這個不強求了。八，下面開始計算放在文章中的數據。放在文章中的數據要求精度更高點，所以下面的計算我把參數全部提高計算精度。 （請找出我修改了哪些參數）以 MoS2 為例子，全部結構排序后，我取了三個能量最低的結構。分別把這三個結構 放到VESTA 中，得到結構的cif 文件，把cif 文件拉到 MS 中，利用MS獲得對稱化后的結構，以及計算能帶結構的 KPOINTS。然后改對稱化后的結構的真空層厚度為20埃，提高ENCUT等，然后分步優(yōu)化這些結構。（具體過程請看新加專題：專題八附錄：如何計算二維材料MoS2的能帶結構）請轉到 專題八附錄：如何計算二維材料MoS2的能帶結構，

11、學習完后，再接著往下看：現在要按專題五的步驟畫DOS， PDOS 圖，即態(tài)密度圖。testcluster band$ lsbnd.dat CONTCAR dos.scf fort.13 INCAR INCAR.static KPOINTS log OSZICAR output_498800 PCDAT POSCAR PROCAR vasprun.xmlchgw.tgz DOSCAR EIGENVAL IBZKPT INCAR.band job_static_band.sh KPOINTS.band log.band OUTCAR out.scf pos_4 POTCAR test XDATCA

12、Rtestcluster band$ mkdir DOStestcluster band$ cp dos.scf DOStestcluster band$ cd DOStestcluster DOS$ mv dos.scf DOSCARtestcluster DOS$ plotplotcon plotdos1500 plotorf plot.out testcluster DOS$ plotdos1500 PLEASE INPUT THE TYPE OF DOS 1: DOS FOR NON SPIN-POLARIZED 2: DOS FOR SPIN-POLARIZED 3: PDOS FO

13、R NON SPIN-POLARIZED DOS 4: PDOS FOR SPIN-POLARIZED DOS3testcluster DOS$ lsDOSCAR fort.101 fort.102 fort.103 PDOS_NSP PDOS_TOTAL_NSPtestcluster DOS$ more PDOS_TOTAL_NSP -16.2811 0.0000 -16.2631 0.0000 -16.2441 0.0000 -16.2261 0.0000 -16.2071 0.0000 -16.1891 0.0000 -16.1701 0.0000把 fort.101 fort.102

14、fort.103 PDOS_NSP PDOS_TOTAL_NSP 下載到電腦用OriginPro畫圖就行了。其中，fort.101 fort.102 fort.103分別是POSCAR 中的第一，二，三個原子的態(tài)密度，PDOS_TOTAL_NSP 是總的態(tài)密度。 具體畫圖方法請看專題 5.下面準備計算光學性質， 先解壓 chgw.tgztar xzvf chgw.tgz 得到 WAVECAR, CHG , CHGCAR新建 一個INCARSystem =MoS2ISTART = 1ICHARG = 11ENCUT = 500PREC = AcurrateGGA=PELOPTICS = .TRU

15、E.NBANDS = 24LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.KSPACING = 0.25133KGAMMA = .TRUE. NEDOS = 1500注意，這里ISTART = 1 ICHARG = 11 的意思是讀取已經計算出的 CHGCAR，來進行當前的計算。所以，剛才強調了在同一文件夾下。如果是另開了一個文件夾來計算光學性質，則需要把 它們設置成 ISTART = 0 ICHARG = 2 （思考，這兩種設法有什么不同？）保存光學結果， mv OUTCAR out.optic Mv INCAR INCAR.optic下面計算 彈性性質 ：新建一個INCARS

16、ystem =MoS2ISTART = 1ICHARG = 11ENCUT = 500PREC = HighGGA=PEISMEAR = 1; SIGMA = 0.01POTIM = 0.005IBRION = 6ISIF = 3EDIFF = 1E-8LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.KSPACING = 0.25133KGAMMA = .TRUE.然后計算，然后你會發(fā)現結果 有點奇怪，有些量很小，和三維的 硅材料不同！那現在思考一下為什么不同： 首先，體材硅是三維材料，它當然對三個主軸的力有回應，但是，MoS2 是 二維材料， 只有兩個主軸有力的回應，另外，多數

17、剪切應力不存在。為零！注意，這里ISTART = 1 ICHARG = 11 的意思是讀取已經計算出的 CHGCAR，來進行當前的計算。所以，剛才強調了在同一文件夾下。如果是另開了一個文件夾來計算彈性性質，則需要把 它們設置成 ISTART = 0 ICHARG = 2 （你們可以分別試下，看結果有什么不同）那么，這個計算結果有用嗎？ 思考一下！（作業(yè)，計算出來后，與體材硅的比較一下）另外，如果另用方法計算，怎么計算？搜索一下其它的方法。提示：可以用 應力應變 法計算。（如果不會，請先不進行這一步，因為，你的文章可以不寫這一部分）。在小木蟲網站上 可以搜索到?，F在，你手上應該有 能帶結構圖，

18、總的DOS圖，分波態(tài)密度圖PDOS， 光學的 介電常數 實部與虛部圖，光吸收圖； 甚至有力學的彈性常數，以及彈性常數隨著壓力P的變化圖。 （可能還需要計算 電荷轉移 Bader 分析； 聲子譜， 拉曼譜等， 我盡快補上新專題， 急需要的同學，可以先上小木蟲搜索學習，以及問我。）這部分暫留著。九在專題 二十一中選 1-3 篇文章 精讀。十 上面是收集素材，準備數據。下面是準備開寫文章了。 在專題二十中，學習 1.哈佛神級教授Whitesides的論文寫作之“道”， 與 2.寫好英語科技論文的訣竅(周耀旗)，3.如何寫出科技論文第一稿（李武岳、柴釗 譯）十一根據1.哈佛神級教授Whitesides

19、的論文寫作之“道”， 先列出 文章提綱，即先確定大概寫作內容十二。 進一步完善提綱，把提綱的邏輯排清楚。（這時發(fā)給導師，和導師一起確定提綱）。我建議，你的第一篇文章，最好是先找一篇類似的，其它體系的文章。你就對著它模仿寫一篇你的體系的文章。在模仿的過程中學習。當然，你可以加入你自己的想法，不一定全部模仿。十三。把前面計算好的，畫好的圖 放到提綱下適合的位置十四。修改題目，寫部分摘要，引言，方法，結果與討論，結論等，這一過程，想到什么寫什么，不要擔心寫得不好，反正有什么想法都寫下來，也不用考慮邏輯，用中文寫（如果你的英文很好，可以直接用英語寫）。 （我習慣了先在草稿紙上這么快速寫一通，然后再輸入

20、電腦，因為我覺得在紙上寫時不容易中斷思路）十五。電子版 第一次修改，大概修改一下。十六。第二次修改，整理一下邏輯。這時可能需要增加計算等。十七。第三次修改，豐富一下內容十八。第四次修改，調整結構，調整圖片，增加分析等。這時可能需要增加計算等。十九。第五次修改，精修，注意細節(jié)二十。第六次修改，整體修改，使之完整二十一。學習使用 Endnote 添加 參考文獻二十二、發(fā)給同學看一看，要點建議，然后修改二十三、放上三天不管它，三天后再修改一次。二十四、修改好后，發(fā)給導師。二十五、按導師的要求再次修改。二十六、再發(fā)給導師，、，如果導師說可以了，就可以投稿了。（如果是想投英文的，就開始翻譯成英文，再修改

21、，投稿）。祝成功！提示：第一個項目，我?guī)湍銈兌及才?，設計好了。通過這個項目，我希望你們可以學習好做項目所需的所有技能；了解做項目的過程。這個是主要的目的。有了這些基礎之后，你們就有了能力去做自己的事，自己的想法，自己的創(chuàng)新！所以說，先模仿，再創(chuàng)新，是迅速成為某個領域的top 的一種方式。董華鋒每一條河流都有自己不同的生命曲線，但是每一條河流都有自己的夢想那就是奔向大海。我們的生命，有的時候會是泥沙。你可能慢慢地就會像泥沙一樣，沉淀下去了。一旦你沉淀下去了，也許你不用再為了前進而努力了，但是你卻永遠見不到陽光了。所以我建議大家，不管你現在的生命是怎么樣的，一定要有水的精神。像水一樣不斷地積蓄自己的力量，不斷地沖破障礙。當你發(fā)現時機不到的時候，把自己的厚度給積累起來，當有一天時機來臨的時候，你就能夠奔騰入海人的生活方式有兩種，第一種方式是像草一樣活著，你盡管活著，每年還在成長，但是你畢竟是一棵草，你吸收雨露陽光，但是長不大。人們可以踩過你，但是人們不會因為你的痛苦，而產生痛苦；人們不會因為你被踩了，而來憐憫你，因為人們本身就沒有看到你。所以我們每一個人，都應該像樹一樣的成長，即使我們現在什么都不是，但是只要你有樹的種子，即使你被踩到泥土中間，你依然能夠吸收泥土的養(yǎng)分，自己成長起來。當你長成參天大樹以后，遙遠的地方，人們就能看到你；走近你，