7.3 贝里曲率计算

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vaspberry 使用教程

贝里曲率的计算，可用于研究反常霍尔电导、拓扑陈数、反常谷霍尔效应。作为一个VASP的接口程序，vaspberry程序可以使用VASP计算得到的WAVECAR，计算体系在布里渊区的贝里曲率，使用方法非常简单，参数很少，提供可视化脚本。贝里曲率的计算方法： J. Phys. Soc. Jap. 74, 1674 (2005)

链接：

https://github.com/Infant83/VASPBERRY

步骤：

第一步： VASP的静态计算(要考虑SOC) LWAVE=.TRUE.‍

自洽关键参数：LWAVE=.TRUE.  ISYM = -1

第二步： 在当前目录提交vaspberry的计算假设我们第一步中的KPOINTS使用的是12 * 12 * 1的参数，价带顶为18，或者我们计算第18个带的贝里曲率以及陈数，则运行命令

./vaspberry -kx 12 -ky 12 -ii 1 -if 18

会输出一个贝里曲率的输出文件BERRYCURV.dat 使用自带脚本contour.py，就可以显示贝里曲率了。

在静态计算里面，判断价带顶和导带底vaspberry -kx 1 -ky 1 -cd 1可以得到VBM、CBM的序号；假设我们第一步中的KPOINTS使用的是12 * 12 * 1的参数，价带顶为18，或者我们计算第1个带-第18个带的贝里曲率以及陈数，则运行命令./vaspberry -kx 12 -ky 12 -ii 1 -if 18

计算某一条带的贝里曲率和陈数，例如第一占据价带，./vaspberry -kx 12 -ky 12 -ii 18 -if 18

若自洽为共线计算（vasp_std），则在vaspberry所在目录将自洽计算的波函数WAVECAR拷贝进来，运行./vaspberry -kx 12 -ky 12 -ii 1 -if 18 -s 1
注意kx 和 ky值要与KPOINTS k点个数一致，-s 1表示共线计算,18表示价带顶

谷电子学

上是一个反常谷霍尔效应的例子，我们可以在第一部里渊区积分得到K和K‘附近的谷陈数（需要自己写个小脚本）。

量子反常霍尔效应研究

如果是计算量子反常霍尔效应体系，可以看到输出文件最后的陈数结果，以及贝里曲率结果，不需要自己写脚本，用自带的就可以。

计算晶体CD(Circular dichroism)

  1. vasp，先优化几何，再计算出WAVECAR和BAND.dat（能带计算必须要SOC）。
  2. 执行“vaspberry -kx 1 -ky 1 -cd 1”可以得到VBM、CBM的序号，比如示例数据里是240~241。
  3. 计算 VBM-5 ~ VBM 到 CBM ~ CBM+5 之间的25个跃迁（可以加多，更精确）（可以bash做，参照batch_CD.sh）。
  4. 把能带i、j间跃迁的CIRC_DICHROISM.dat的kx、ky、kz，对应到BAND_R_SOC.dat中能带i、j在kx、ky、kz处的能量差，即将selectivity对应到了E。
  5. 将所有跃迁的 selectivity-E 关系叠加。

实空间波函数

[ex, to plot 18-th state with 1-st k-point (if it is gamma point), with 40x40x40 grid for density file]

./vaspberry -wf 18 -k 1 -ng 40,40,40