vasp如何计算金属的铁电极化强度这个问题本身就是一个非常好的概念陷阱。严格来说大多数金属不存在传统意义上的铁电极化因此 VASP 也无法直接计算金属的铁电极化强度。真正需要回答的问题其实是为什么金属不能定义铁电极化如果实验上报道了金属铁电又应该如何计算为什么绝缘体能定义极化现代极化理论Modern Theory of Polarization认为铁电极化不是这种经典偶极矩。而是其中电子部分来自 Berry Phase这里要求所有占据能带与空带之间存在带隙。为什么因为 Berry phase 必须定义在完整占据的电子子空间occupied manifold上。二、为什么金属不能金属最大的特点费米能级穿过能带。于是occupied band和unoccupied band不断交换。Berry connection已经不能定义全局连续规范。因此金属不存在严格定义的 Berry Phase 极化。也就是说VASP 的LCALCPOL .TRUE.对于普通金属根本没有理论基础。通常程序都会直接报错或者得到没有物理意义的数据。为什么有人说金属铁电这里就进入近年来比较热门的话题。例如LiOsO3WTe2MoTe2某些二维 Janus 金属某些极性金属这些论文都会写Ferroelectric metal其实要分清它们具有的是极性晶体结构polar distortion而不是可严格定义 Berry 极化。因为自由电子会屏蔽静电场。因此真正可以讨论的是极性位移非中心对称结构开关能垒声子软模极化路径而不是 Berry Phase 数值。所以很多论文都会避免写polarization xx μC/cm²而写polar displacement或者polar distortion amplitude如果一定要计算金属铁电极化怎么办实际上有几种不同的方法。人为打开带隙例如DFTU或者HSE使体系暂时变成绝缘体。然后计算LCALCPOL .TRUE.得到 Berry Phase。很多论文都是这么干。但是一定要说明这是参考极化(reference polarization)不是金属真实极化。Born Effective Charge计算LEPSILON .TRUE.得到Born effective charge然后这个方法很多极性金属都会使用。因为Born charge描述的是极性位移产生的偶极。不过严格来说金属中 Born charge 本身也不再严格定义。很多时候只是近似。点电荷模型利用Bader Charge或者DFT 电荷近似[P\frac1V\sum_i q_i\Delta r_i]这个方法误差较大。通常只讨论趋势。构造绝缘参考相推荐这是现在很多高水平论文喜欢采用的方法。例如把极性结构和中心对称结构之间建立连续路径。计算位移模式能量曲线极化路径如果中间经过绝缘态即可利用 Berry Phase 得到参考极化。因此文献常写polarization estimated from insulating reference phase而不是metal polarization。VASP 能做哪些计算对于普通金属不能直接使用LCALCPOL .TRUE.因为 Berry Phase 理论不适用。更推荐计算极性位移Polar displacement声子谱PHONOPY双稳态势能面NEB 或冻结声子Born Effective Charge若体系允许对称性分析ISODISTORT、AMPLIMODESWannier 中心变化特殊情况下这些共同证明体系具有极性或铁电相关行为。很多初学者误以为 VASP 的LCALCPOL是一个极化计算按钮实际上它只是现代极化理论Berry Phase的实现而现代极化理论建立在绝缘体的完整占据电子子空间之上。因此如何计算金属的铁电极化强度这个问题本身就需要先修正为如何表征金属中的极性畸变或铁电行为。只有把理论对象弄清楚后续的计算方法才有物理意义。
