OpticCal程序

OpticCal程序以Nanodcal程序为基础,主要适用于半导体和绝缘体的光学性质计算。一般地,在金属介质中,材料的光学性质主要由载流子在能带中的带内跃迁所决定;而在半导体和绝缘体中,材料的光学性质主要由带间跃迁所决定。在OpticCal 程序中,主要考虑后一种情形。在理论上,先通过横向微扰场作用下的线性响应,得到均匀介质中的横向介电常数公式,然后再用长波近似来简化公式。实际的计算过程为:

算例:Si


下面以 Si 为例,简单说明如何使用 OpticCal 来计算材料的光学性质。首先在 Nanodcal 中进行自洽计算,得到保存体系哈密顿量等信息的 NanodcalObject.mat;然后再用 Nanodcal 进行动量计算,得到Momentum.mat 文件;最后执行OpticCal 计算,得到介电函数等光学性质。 


1 自洽计算

用户可以进入自己的工作目录,建立Nanodcal 自洽输入文件,执行自洽计算。对Si 进行自洽计算的Nanodcal 输入文件(如 scf.input),可以参阅 Nanodcal 应用教程。

计算完成后,会在当前目录下生成 NanodcalObject.mat 的结果文件,包含了体系哈密顿量等信息。


2 动量计算

Nanodcal 成功进行完自洽计算后,需要利用自洽计算的结果再进行动量计算。所以在计算时,不能调换自洽计算和动量计算的顺序。进行动量计算的 Nanodcal 输入文件(如 momentum.input),可以参照Nanodcal 应用教程。

动量计算完成后,会在当前目录下生成Momentum.mat 的文件,包含了体系的动量矩阵。


3 光学性质计算

完成以上1 和 2 的步骤,得到 Nanodcal 的自洽计算和动量计算结果后,再准备好 OpticCal 的输入文件,然后执行介电函数的计算。

计算完成后,会在当前文件夹中生成Permittivity_test.mat 的文件,其中保存OpticCal的输入信息和计算结果,包括折射率、消光系数、吸收系数、磁化率等性质。

在输入文件中,如果设置了opticcal.plot = true,所以在计算完成后,程序会自动显示并生成介电函数随光子能量变化的曲线,显示如下:  


640.webp (1).jpg


以上算例的所有输入文件、以及计算结果文件都可以在OpticCal程序包的example/Si 文件夹中找到。


参考文献:

[1] G. Grosso and G. P. Parravicini, Solid State Physics, 2nd, (2013): Ch7.Appendix


[2] W. A. Harrison, Solid State Theory, (1980). Eq.(3.87)


[3] G. Grosso and G. P. Parravicini, Solid State Physics, 2nd, (2013): Table(11.1)


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