Top Page > Browsing
Band gap and DFT-D3
Date: 2022/12/06 12:04
Name: Vicky

Dear Developers and users,

    I am beginnar and start to work on bilayer heterostructures. I have calculated the band structure of WS2/GaS bilayer heterostructure with and without DFT-D3 in GGA-PBE. The reported value is nearly 0.65 eV (heterostructure, indirect band gap) in GGA-PBE with DFT-D3. However, similar systems like GaX/MoX2 have more band gaps (https://doi.org/10.1063/1.5033348). They also used GGA-PBE + DFT-D3. In some reports, HSE06 is applied to calculate the actual band gap. Is there any such functional in openmx? Could you please help me identify the correctness of the band gap obtained here? 

Following is my input file:


DATA.PATH  /home/msrc/OPEN/openmx3.9/DFT_DATA19
System.CurrrentDirectory        ./
System.Name                    WS2-GaS-vdw
level.of.stdout                  1
level.of.fileout                  1

Species.Number                    3
<Definition.of.Atomic.Species
  S    S7.0-s2p2d1f1    S_PBE19
  Ga    Ga7.0-s3p2d2    Ga_PBE19
  W    W7.0-s3p2d2f1    W_PBE19
Definition.of.Atomic.Species>

Atoms.Number                      63
Atoms.SpeciesAndCoordinates.Unit  FRAC
<Atoms.SpeciesAndCoordinates
  1    W    0.0950514  0.2139086  0.3959985    6.0  6.0
  2    S    0.1990514  0.1099086  0.3520725    3.0  3.0
  3    S    0.1990514  0.1099086  0.4399200    3.0  3.0
  4    S    0.1092681  0.2423452  0.6427851    3.0  3.0
  5    S    0.1092681  0.2423452  0.5132194    3.0  3.0
  6    Ga    0.2274881  0.1241252  0.6125209    6.5  6.5
  7    Ga    0.2274881  0.1241252  0.5434836    6.5  6.5
  8    W    0.0950514  0.5472419  0.3959985    6.0  6.0
  9    S    0.1990514  0.4432419  0.3520725    3.0  3.0
  10    S    0.1990514  0.4432419  0.4399200    3.0  3.0
  11    S    0.1092681  0.5756786  0.6427851    3.0  3.0
  12    S    0.1092681  0.5756786  0.5132194    3.0  3.0
  13    Ga    0.2274881  0.4574586  0.6125209    6.5  6.5
  14    Ga    0.2274881  0.4574586  0.5434836    6.5  6.5
  15    W    0.0950514  0.8805752  0.3959985    6.0  6.0
  16    S    0.1990514  0.7765752  0.3520725    3.0  3.0
  17    S    0.1990514  0.7765752  0.4399200    3.0  3.0
  18    S    0.1092681  0.9090119  0.6427851    3.0  3.0
  19    S    0.1092681  0.9090119  0.5132194    3.0  3.0
  20    Ga    0.2274881  0.7907919  0.6125209    6.5  6.5
  21    Ga    0.2274881  0.7907919  0.5434836    6.5  6.5
  22    W    0.4283848  0.2139086  0.3959985    6.0  6.0
  23    S    0.5323848  0.1099086  0.3520725    3.0  3.0
  24    S    0.5323848  0.1099086  0.4399200    3.0  3.0
  25    S    0.4426014  0.2423452  0.6427851    3.0  3.0
  26    S    0.4426014  0.2423452  0.5132194    3.0  3.0
  27    Ga    0.5608214  0.1241252  0.6125209    6.5  6.5
  28    Ga    0.5608214  0.1241252  0.5434836    6.5  6.5
  29    W    0.4283848  0.5472419  0.3959985    6.0  6.0
  30    S    0.5323848  0.4432419  0.3520725    3.0  3.0
  31    S    0.5323848  0.4432419  0.4399200    3.0  3.0
  32    S    0.4426014  0.5756786  0.6427851    3.0  3.0
  33    S    0.4426014  0.5756786  0.5132194    3.0  3.0
  34    Ga    0.5608214  0.4574586  0.6125209    6.5  6.5
  35    Ga    0.5608214  0.4574586  0.5434836    6.5  6.5
  36    W    0.4283848  0.8805752  0.3959985    6.0  6.0
  37    S    0.5323848  0.7765752  0.3520725    3.0  3.0
  38    S    0.5323848  0.7765752  0.4399200    3.0  3.0
  39    S    0.4426014  0.9090119  0.6427851    3.0  3.0
  40    S    0.4426014  0.9090119  0.5132194    3.0  3.0
  41    Ga    0.5608214  0.7907919  0.6125209    6.5  6.5
  42    Ga    0.5608214  0.7907919  0.5434836    6.5  6.5
  43    W    0.7617181  0.2139086  0.3959985    6.0  6.0
  44    S    0.8657181  0.1099086  0.3520725    3.0  3.0
  45    S    0.8657181  0.1099086  0.4399200    3.0  3.0
  46    S    0.7759348  0.2423452  0.6427851    3.0  3.0
  47    S    0.7759348  0.2423452  0.5132194    3.0  3.0
  48    Ga    0.8941548  0.1241252  0.6125209    6.5  6.5
  49    Ga    0.8941548  0.1241252  0.5434836    6.5  6.5
  50    W    0.7617181  0.5472419  0.3959985    6.0  6.0
  51    S    0.8657181  0.4432419  0.3520725    3.0  3.0
  52    S    0.8657181  0.4432419  0.4399200    3.0  3.0
  53    S    0.7759348  0.5756786  0.6427851    3.0  3.0
  54    S    0.7759348  0.5756786  0.5132194    3.0  3.0
  55    Ga    0.8941548  0.4574586  0.6125209    6.5  6.5
  56    Ga    0.8941548  0.4574586  0.5434836    6.5  6.5
  57    W    0.7617181  0.8805752  0.3959985    6.0  6.0
  58    S    0.8657181  0.7765752  0.3520725    3.0  3.0
  59    S    0.8657181  0.7765752  0.4399200    3.0  3.0
  60    S    0.7759348  0.9090119  0.6427851    3.0  3.0
  61    S    0.7759348  0.9090119  0.5132194    3.0  3.0
  62    Ga    0.8941548  0.7907919  0.6125209    6.5  6.5
  63    Ga    0.8941548  0.7907919  0.5434836    6.5  6.5
Atoms.SpeciesAndCoordinates>

Atoms.UnitVectors.Unit            Ang
<Atoms.UnitVectors
  10.2264000  0.0000000  0.0000000
  -5.1132000  8.8563222  0.0000000
  0.0000000  0.0000000  35.8138000
Atoms.UnitVectors>

scf.XcType                    GGA-PBE
scf.SpinPolarization          off
scf.ElectronicTemperature    300.0
scf.energycutoff              220.0
scf.maxIter                  100
scf.EigenvalueSolver          band
scf.Kgrid                    2  2  1
scf.Mixing.Type              rmm-diisk
scf.Init.Mixing.Weight        0.05
scf.Min.Mixing.Weight        0.01
scf.Max.Mixing.Weight        0.30
scf.Mixing.History            25
scf.Mixing.StartPulay        15
scf.criterion                1.0e-7

MD.Type                      nomd
MD.maxIter                    1
MD.TimeStep                  1.0
MD.Opt.criterion              0.0003



#
# vdW
#

scf.dftD                    on
version.dftD                  3
DFTD3.damp                  zero
DFTD.IntDirection          0 0 0




Band.dispersion    on
Band.Nkpath  3
<Band.kpath
30  0.000000 0.000000 0.000000  0.500000 0.000000 0.000000 G M
17  0.500000 0.000000 0.000000  0.333333 0.333333 0.000000 M K
34  0.333333 0.333333 0.000000  0.000000 0.000000 0.000000 K G
Band.kpath>

Dos.fileout            on
Dos.Erange      -5.0  5.0
Dos.Kgrid        21 21 1


Your help will be appreciated a lot.
Thank you very much.
Regards
Vicky
メンテ
Page: [1]

Re: Band gap and DFT-D3 ( No.1 )
Date: 2022/12/07 11:58
Name: T. Ozaki

Hi,

I think that the band gap of 0.65 eV for the WS2/GaS double layer is a proper result within GGA-PBE.
The gap of the double layer is mainly contributed by the WS2 layer rather than GaS, and
the small band gap is due to the in-plane lattice constant in the double layer.

From Materials Project, the in-plane lattice constants optimized by the GGA-PBE are found to be

3.191 Ang. for WS2 bulk
3.627 Ang. for GaS bulk

So, the average lattice contant is (3.191+3.627)/2 = 3.409 Ang. consistent with yours.

Then, each monolayer exhibits the following band gaps:

WS2  1.78 eV at 3.191 Ang.
WS2  0.82 eV at 3.409 Ang.
GaS  2.65 eV at 3.409 Ang.

Thus, it turns out that the expansion of the in-plain lattice constant for WS2 layer largely reduces the gap,
while the GaS still keeps the large gap.
The similar behavior has been reported at https://doi.org/10.1039/C4RA06378C

By considering a fact that the interaction between the WS2 and GaS layers in the double layer makes the band width wider,
the gap (0.82 eV) of the WS2 molayer must become smaller in the double layer, resulting in the gap of 0.65 eV
in the double layer.

Regards,

TO
メンテ
Re: Band gap and DFT-D3 ( No.2 )
Date: 2022/12/07 10:49
Name: Vicky

Dear Professor Ozaki,

Thank you very much for your prompt reply. I understand now the reason behind the reduced band gap.

Sincerely,
Vipin
メンテ

Page: [1]

Thread Title (must) Move the thread to the top
Your Name (must)
E-Mail (must)
URL
Password (used in modification of the submitted text)
Comment (must)

   Save Cookie