关键词:迁移率,电声耦合(电子-声子相互作用),温度相关载流子输运性质,电导率(conductivity)
在本教程中,我们将介绍如何计算石墨烯(graphene)中的声子限制的电子迁移率。结合电子态和玻尔兹曼输运方程,同时考虑声子模式与电子-声子相互作用,使用 DFT 方法计算电子迁移率。我们将使用QuantumATK新版中提供的分析模块ElectronPhononCoupling和Mobility功能来完成。
计算迁移率 $\mu$ 的关键是计算电子的弛豫时间 $\tau$。弛豫时间有两种计算方法:
全角度(k,q)-相关:这种方法完整的考虑 $\tau$ 对电子和声子的波矢 $\mathbf{k}$ 和$\mathbf{q}$ 的相关,即$\tau=\tau(\mathbf{k},\mathbf{q})$。下面称为(k,q)-相关方法。
各向同性散射:这种方法仅考虑能量有关的 $\tau=\tau(E)$,假定 $\tau(E)$ 在动量空间中的变化是各向同性的。下面称为E-相关方法。
下面的计算表明,两种方法得到的结果相差无几,但是第二种方法比第一种方法计算速度大大提高。
文末将介绍理论背景知识和更多相关信息,已发表结果参见[GMSB16]。
提示
本教程使用特定版本的QuantumATK创建,因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别,请在学习时务必注意。
结构弛豫与电子态计算
在Builder中添加一个石墨烯结构:
Add → Database → 搜素 “Graphene”
设置晶格常数C方向为20 Å:
Bulk Tools→Lattice parameters, c=20Å
将结构在视图中居中(Coordinate Tools→Center→Apply),发送至脚本生成器Script Generator。
要进行精确的弛豫时间和迁移率计算,首先要精确的优化A、B方向的晶格常数并计算能带。
新增一个New Calculator
设置Opcupation methond为Methfessel-Paxton
设置K-point sampling:kA=33,kB=33,kC=1
设置Density mesh-cutoff为90 H