Tipo de sonda II alinhamento de banda em unidimensional Van der Waals Heterostructures usando cálculos de primeiros-princípios

Este protocolo relata uma triagem computacional de catalisador de fotos com alinhamento de ligação tipo dois pelos primeiros princípios Softwire vasta expressiva Calais, nanoribbons de nitrito de boro encapsulados dentro de nanotubos. E tomando outros exemplos. Passo um, otimizar a estrutura atômica.

Prepare-se para arquivos de entrada para cálculo de relaxamento da estrutura por vasto, INCAR, POSCAR, POTCAR e KPOINTS. Existem parâmetros especificados no arquivo INCAR que definem o cálculo. A linha no arquivo INCAR fechado por caixa azul, no caso de todos os átomos serem relaxados até que a força em cada átomo seja inferior a 0,028 por átomo.

O poscar do arquivo contém as informações de geometria atômica. Os parâmetros iniciais de rede no arquivo, POSCAR podem ser escolhidos a partir das referências radicais ou experimentais. Como indicado pela caixa laranja.

KPOINTS define uma malha KPOINT e POSCAR ainda é o arquivo potencial que gera a estrutura inicial de nitritos de boro nanoribbon para POSCAR. Primeiro baixe POSCAR para unidade caixa de nitritos de boro no site do Projeto Materiais. Eles usaram o V2SXF para converter POSCAR em um arquivo com formato SXF.

O arquivo SXF pode ser a expressão certa. Digite V2SXF POSCAR em no sistema de banda dois. E saída POSCAR SXFGZ tab gunzi POSCAR, delta SXF-GZ.

E saída POSCAR SXF. Usaremos xcrisden para construir supercélula de nitrito de boro. Digite xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.

Selecione o menu, modificando o número de doenças desenhadas e amplie o estilo na direção X e Y. Selecione o menu, arquivo. Salve a estrutura XSF para exportar a estrutura da super célula.

Use xmakemol para abrir a super célula digitando xmakemol-f supercell. Selecione o menu e adicione-o visível. Clique em alternar para atrasar os átomos dentro do ranging e lançar nanoribbon com largura e quiralidade desejadas.

Os nanotutos de boro podem ser construídos pelo modelador de nanotubos, modelo de nanotubo aberto EXC no sistema Window. Selecione o menu, selecione o tipo B-N. E especifique a quiralidade.

Selecione o menu, arquivo, salve a tabela XYZ para exportar esta estrutura. Use vmd southwire para verificar a estrutura atômica antes de começar a fazer o trabalho de cálculo. Digite VMD no sistema VMD interno.

Na janela principal vmd aberta. Selecione o menu, arquivo, molécula e encontre o POSCAR através da janela de navegação. Carregar POSCAR pelo tipo MAGE e a pontuação POSCAR.

Exibir a estrutura por diferentes estilos na janela de métodos de desenho de representações gráficas. Por exemplo, escolha CPK. Cada átomo é representado por uma esfera e cada vínculo é representado por uma estaca.

Digite o trabalho qsub. pbs para enviar o trabalho para o computador. Classe para um script de sistemas de lote portátil.

Este é um exemplo do script que nomeou job.pbs. Após o término do trabalho, se a razão exigir a minimização de energia da estrutura de interrupção de precisão aparecer no final do bloqueio de saída. O resultado convergente é um pend.

O POSCAR resultante será usado como um POSCAR de arquivo de entrada para os seguintes cálculos. Para análise de propriedades eletrônicas de materiais. Passo 2.

Calcule a energia de encapsulamento. Digite nanocomposite isolado-nanoribbon-nanotubo para criar pastas qsub para nanocomposite, nanoribbon e nanotubo interno no sistema Linux. Prepare um roteiro da PBS, trabalho.

pbs e quatro arquivos de entrada INCAR, POSCAR, POTCAR e KPOINTS. Para energia, cálculo em cada pasta. O arquivo de entrada POSCAR da mesma forma que relaxa a estrutura e conta o CAR forma esse.

Vá para cada pasta e digite o trabalho qsub. pbs no sistema Interno Linux. A série de trabalhos acasalados realizará os cálculos de energia estáticos auto-consistentes de nanocompactos, isola a nanocombustivelmente, isola o nanotubo, respectivamente.

Em seguida, rastreie a energia total do arquivo OUTCAR para cada comando de backup do sistema. Depois de terminar os cálculos estáticos auto-consistentes, então calcule a energia de encapsulamento como mostrado nesta fórmula. A interação periódica do nanocomposto é permitir o eixo Z e L é a constante de rede da célula unitária, ao longo de Z.A energia de encapsulamento pode ser usada como uma estimativa para a estabilidade energética do nanocomposite.

Passo três, extrair as propriedades eletrônicas da estrutura da banda. Prepare um PBS, trabalho de roteiro. pbs e os seis arquivos de entrada.

INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR e CHG. Para cálculos de banda, disse que o ICHARG equivale a 11 no INCAR. Os arquivos CHGCAR e CHG pré-conversão são de cálculos estáticos auto-consistentes.

A amostragem KPOINT em KPOINTS está no modo de linha. Digite o trabalho qsub. pbs no sistema Interno Linux para enviar o trabalho.

Use p4vasprun para gerar a banda projetada. Carregar vasprun. xml digitando p4v vasprun.

xml no terminal. Selecione o menu, bandas de DOS locais eletrônicos. Controle e selecione bandas.

Especifique os números atômicos de nanotubos na seleção de átomos de rótulo. Obtenha o número atômico apontando para os átomos correspondentes usando VMD. Especifique a cor, o tipo e o tamanho do símbolo para a estrutura da banda projetada.

Esses menus simbolizam e o tamanho do símbolo. Pressione o menu, adicione nova linha. O gráfico mostrará a estrutura da banda com as contribuições do nanotubo.

Em seguida, repita o mesmo procedimento para reunir banda projetada com contribuições de nanoribbon. Selecione a exportação do gráfico do menu. Exporte o gráfico para o arquivo com formato agr.

Por exemplo, salvo como 11-4.agr. Use notas XM para ID as bandas projetadas. Digite xmgrace11-4.

agr no terminal para iniciar xmgrace no sistema de menu. Selecione o menu, plote propriedades de acesso ao ID do rótulo e a gama dos eixos. Selecione a aparência manual do conjunto de gráficos para ler o valor de energia como número de banda especificado e ponto de chave.

Banda de lançamento máxima e o mínimo de banda de condução de nanotubo ou nanoribbon pode ser direto da banda projetada com as contribuições de nanotubos ou nanoribbons, respectivamente. Em seguida, calcule o deslocamento da banda de valência, a banda de condução offset e a lacuna de banda. Selecione o menu, arquivo, aponte para exportar o gráfico com formatos APS.

Calcule a banda decompor-se para carregar a densidade de VBM e CBM. Prepare um pbs, trabalho de roteiro. pbs e sete arquivos de entrada, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR e CHG.

Especifique os números da banda para CBM e VBM. Em seguida, digite IBAND no INCAR. Use o KPOINT correspondente único para cada borda de banda.

O ponto converge CHGCAR, CHG. E os arquivos WAVECAR são de cálculos estáticos auto-consistentes. Digite o trabalho qsub.

pbs no sistema Interno Linux para enviar o trabalho. Use VMD para plotar VBM e CBM no espaço real após o término do trabalho. Inicie uma sessão VMD e carregue POSCAR.

Selecione o menu, arquivo, nova molécula na janela principal VMD. Encontre o PARCHG através da janela de navegação. Carregue o PARCHG pelo tipo, pressione e marque O PARCHG.

Selecione o menu, desenhe superfície sólida e mostre uma superfície sólida na janela de representações gráficas. Altere o valor ISO para um valor apropriado, por exemplo, 0,02. Altere a cor da superfície ISO através do método de coloração do menu.

Passo quatro, modular as propriedades eletrônicas do nanocomposto por campos externos. Adicione um campo elétrico transverso ao nanocomposto. Prepare um PBS, trabalho de roteiro.

pbs e os quatro arquivos de entrada, INCAR, POSCAR, POTCAR e KPOINTS. Defina a força do campo elétrico pelo e-field de tag em unidades de eV Astrum. Definir LDIPOL é igual a T, definir IDIPOL é igual a 2.

E o campo elétrico será aplicado, permitirá o eixo Y. Realize cálculos estáticos auto-consistentes e cálculos de estrutura de banda, seguindo as etapas dois e três sem otimização da estrutura. Adicione um teste longitudinal de força ao nanocomposto, acorrente o parâmetro de rede ao longo da direção periódica para considerar o efeito da corda.

Por exemplo, para otimizar o parâmetro de rede de nanocomposto ao longo do eixo é 2,5045 Astrum Se aplicado 1% e a resistência à tração axial ao longo do Z através da ação. Altere o parâmetro de rede em POSCAR para 2,529545 Astrum. Relaxe a estrutura de modificação após a etapa um, realize cálculos estáticos auto-consistentes e cálculos de estrutura de banda, seguindo as etapas dois e três.

Resultados representativos. A energia de encapsulamento pode ser usada como uma estimativa aproximada para a estabilidade energética do nanocomposto. A energia de encapsulamento de nanotubos de nitrito de boro, um 2, um 3 e um 4 encapsulado dentro do nanotubo de nitrito de boro 11, 11 são 0,033 eV Astrum, 0,068 eV Astrum e 0131 eV Astrum, respectivamente.

Embora a energia de encapsulamento varie por uma ordem de magnitude com o tamanho de nanoribbon, todos os três nanocompactos apresentam alinhamento de banda tipo dois. Esta é uma estrutura de banda de nitrito de boro e nanofitas, um quatro encapsulado dentro do nanotubo de nitrito de boro, 11, 11. Banda de valência máxima e a faixa de condução mínima localizada em nanotubo e nanoribbon, respectivamente.

O alinhamento escalonado da banda é benéfico para correntes leves para o principal mecanismo de transporte de carga é o seguinte. A foto gera casco de anúncio elétrico em nanoribbons no ponto X. Então tudo dissocia de nanofios para nanotubos.

A compensação calculada da faixa de valência é de 317 micro eV. É maior que a energia térmica em 300 Kelvins, que é cerca de 13 micro eV. Isso diminui efetivamente a taxa de recombinação das transportadoras geradas por foto.

Para melhorar a colheita de luz através de um amplo espectro, isso transfere campo elétrico e a resistência à tração longitudinal são aplicadas em nanofitas de nitrito de boro, um quatro encapsulados dentro do nanotubo de nitrito de boro, 11, 11. Esta é a evolução das bordas de banda em relação ao nível de vácuo, e reage a nenhum campo. Uma redução substancial de gap até perto de 0,95 eV é observada neste nanocomposto por ambos os campos externos.

Mais importante, o alinhamento da banda escalonada é preservado contra o difuso. Os potenciais redox de água são marcados pelas linhas de traço azul. As bordas da banda são relativas aos potenciais redox indicam que tal nanocomposto pode ser promissor para a divisão de água. Conclusão.

É rápido e eficiente usar uma abordagem de triagem computacional para descobrir materiais de baixa dimensão que possuem propriedades adequadas para a divisão de água solo. Tal sistema unidimensional pode propor integrar uma geração de hidrogênio foto-catalada e alcance seguro do estilo cápsula. Os elétrons foto-gerados poderiam ser coletados por nanoribbon, prótons penetram através do nanotubo para gerar molécula de hidrogênio unidas pela atração eletrostática.

O hidrogênio produzido é completamente isolado dentro do nanotubo para evitar reação reversa indesejada ou explosão. Os primeiros cálculos de princípios subestimarão o status de lacuna usando o EPI funcional. Mas eles podem capturar as tendências essenciais no alinhamento da banda e deslocamentos de banda.

Valores mais precisos de deslocamento da banda de valência, deslocamento da banda de condução e a lacuna de banda são necessários se comparado com o trabalho experimental, operar funcional seria bastante empregado, o que será demorado do que a função PPE. Além de abordar a vida útil de cascos gerados por foto e elétricos em estados estáticos nano diabéticos me negam alguns cálculos que são necessários. Isso é importante para projetar catalisadores fotográficos com longas carreiras ao longo da vida.