1. Introduction

https://sites.google.com/view/seoulqmt

University of Seoul QMT

밀도범함수 이론$DFT$에 기반한 칼코겐 물질의 자성 바닥상태 구조를 계산하는 것이 우리의 목적이다. 본 매뉴얼에서는 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2등 4가지 물질에 대해서 다루었다. 이제부터 계산에 필요한 데이터를 어디서, 어떻게 얻는지 부터 시작하여 프로그램의 사용법을 익히고, 끝으로는 밴드 에너지를 계산하고 구조를 그리는 방법까지 다룰 것이다.
DFT 계산을 처음 할 때는 기술적인 부분이 문제가 되는 경우가 많다. 어느 코딩이 다 그렇지만 원하는 계산을 하는 과정까지 도달하는 것 자체가 쉽지 않다는 것을 일하면서 다시한 번 더 깨달았다. 다음에 이 연구실에서 일하게 될 학부생이 이론적 문제가 아닌 기술적인 문제에서 난관을 덜 겪을 수 있도록 하는 것이 본 매뉴얼의 목표이다.

앞으로 필요한 내용은 다음과 같다.

• DFT & 고체물리 이론
DFT이론에 대한 이해가 우선 선행되어야 한다. 만일 DFT이론에 대해서 아직 알지 못한다면 고체 물리학 책을 꼭 같이 보는 것을 권한다.
키텔 고체물리처럼 전통적으로 많이 쓰이던 교재도 좋고, 유튜브에는 Oxford 대학교의 교수 Prof.Steven H.Simon이 본인이 저술한 교과서 “The Oxford Solid State Basics” 를 가지고 강의한 동영상이 있다. 이 코스웍을 따라가는 것도 좋은 방법일 것이다.
또한, DFT이론에 대해서 간략히 정리된 사이트도 있다.
$https://sylabus-ressource-physical.blogspot.com/2020/05/density-functional-theory-for.html$
여기서 Lattice Parameter, K-Point$Reciprocal Space$, Band-Gap Energy, Fermi Energy, Phonon, Brilouin Zone 등의개념에 대해서 공부해 두어야 한다.

 

 

• AMCSD$American Mineralogist Crystal Database$
구글에 AMCSD라고 검색하면 아래 그림과 같은 사이트를 찾을 수 있을 것이다. 이 사이트에서 우리가 필요한 물질들의 이름을 입력하면 필요한 데이터들이 나온다.
$사진 참조$ 만일 잘 나오지 않는다면 구글에 ‘AMCSD $물질이름$’을 적으면 쉽게 찾을 수 있을 것이다.

 

 

• Materials Project
3번의AMCSD보다 비주얼 면에서 더 나은 사이트이다. 물질들의 구조를 그려 두어서, 우리가 그린 그림이 맞는지 확인해 볼 수 있다. 1층짜리 에너지 밴드 그래프도 그려져 있어서 나중에 우리가 확인하기가 편리하다.

 

MoS2 - 우리가 중점적으로 다룰 소재이다.

 

• Linux 명령어
우리 연구실에서는 실생활에서 주로 사용하는 WINDOWS 운영체제$혹은 MAC$보다 Linux의 UBUNTU운영체제를 사용해서 계산을 수행하는 경우가 많다. 오픈소스로 운영되므로 설치 비용이 들지 않고, 기본 터미널 기능이 우수하여, 프로그램을 설치할 때도 터미널 창에 몇 줄의 코드만 입력하면 바로 설치할 수 있다. . Ls, cd, 등등 기본적으로 사용되는 명령어들은 구글 검색을 해 보면 잘 나오니 익숙하게 사용할 수 있도록 해야 한다.

만일 집에서도 이 명령어들을 연습해 보고 싶은데 Windows를 사용하는 PC를 사용중인 사람은 CMD창에 Windows PowerShell 을 검색해서 실행하면 된다. 리눅스 명령어에서 사용하는 명령어들이 그대로 통한다. 나중에 KISTI에 연결할 때도 Putty같은 프로그램을 따로 설치할 것 없이 여기서 접속하면 된다.
외장 하드를 사용한다면 외장하드에 UBUNTU를 설치하여서 이걸로 부팅하는 방법을 찾아서 사용할 수도 있다.
KISTI 나 학교에서 사용하는 Cluster에 접속하는 경우에는 아이패드를 가지고 할 수도 있다. Shelly 같은 어플이 대표적이다.

• VESTA
이제 프로그램을 직접 설치해 볼 시간이다. Sudo명령어를 이용해서 ‘sudo apt install VESTA’ 를 터미널 창에 입력하면 이 프로그램을 설치할 수 있다.
$VESTA 사용법 설명$

 

 

• Xcrysden
Input file이 제대로 만들어졌는지 확인해 보는 프로그램.

 

 

• Xmgrace
밴드에너지 계산이 제대로 되었는지 보여 주는 프로그램이다.

 

 

• Quantum Espresso
www.quantum-espresso.org/Doc/INPUT_PW.html#idm1064
이 사이트에서는 우리가 shellscript 파일에서 사용하는 여러 코드들에 대한 설명을 해 주고 있다.

대략 이 정도 프로그램들의 사용법을 제대로 익힌다면 이제 DFT 계산을 할 준비가 된 것이다.