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边缘态能带计算Python实现

Python 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

边缘态能带计算Python实现

以下代码是计算标准一维边缘态能带的算法实现。

其中块三对角矩阵暂时无法高性能的实现。优化后可以利用numba或者GPU加速。

from math import sqrt, pi

import numpy as np
from numpy import exp
from numpy.linalg import inv
from scipy.linalg import block_diag
from numpy.linalg import eigh
import matplotlib.pylab as plt
from numba import njit


t = -1
N = 512


# 生成块三对角矩阵函数
def tridiag(c, u, d, N): 
    # c, u, d are center, upper and lower blocks, repeat N times
    cc = block_diag(*([c]*N)) 
    shift = c.shape[1]
    uu = block_diag(*([u]*N)) 
    uu = np.hstack((np.zeros((uu.shape[0], shift)), uu[:,:-shift]))
    dd = block_diag(*([d]*N)) 
    dd = np.hstack((dd[:,shift:],np.zeros((uu.shape[0], shift))))
    return cc+uu+dd

# 生成Hamiltonian动能部分
def H0_SU4(k):
    A = np.matrix([[sqrt(3),0,1,exp(-1j*k)],[0, sqrt(3),1,1],[1,1,sqrt(3),0],[exp(1j*k),1,0,sqrt(3)]])
    B = np.matrix([[0,0,0,0],[0,0,0,0],[1,0,0,0],[0,-1,0,0]])
    H = tridiag(A, B, B.H, N)
    H[0,0] = 1000
    return H

def Zigzag_Graphene_H0(k):
    A = np.matrix([[0, t*(1+exp(-1j* k))], [t*(1+ exp(1j*k)), 0]])
    B = np.matrix([[0, 0], [t, 0]])
    return tridiag(A, B, B.H, N)

def calculated_band(ks, Hk, m):
    nk = ks.size
    band = np.zeros((nk, m))
    for i in range(len(ks)):
        E, _ = eigh(Hk(ks[i]))
        band[i, :] = E
    return band

def plot_SU4_Band():
    nk = 64
    ks = np.linspace(0, 2*pi, nk)
    band = calculated_band(ks, H0_SU4, 4*N)
    plt.plot(band, color = "gray")
    plt.plot(band[:, N -1], color = "red")
    plt.xticks(np.arange(0, nk, nk//3), ['0', '2/3π', '4/3π', '2π'], fontsize = 12, fontweight = 'bold')
    plt.yticks(np.arange(-0.5, 0.6, 0.5), fontsize = 12, fontweight = 'bold')
    plt.ylim(-0.5, 0.5)
    plt.xlabel("k", fontsize = 13, fontweight = 'bold')
    plt.ylabel("E", fontsize = 13, fontweight = 'bold')
    plt.show()


if __name__ == '__main__':
    plot_SU4_Band()

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