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不同压强下ZnO的声子谱计算及其收敛性测试
发布时间:2022-12-02
信息来源:企翼云

通常对于一个经费不是那么充足,,,即没什么经费的计算模拟课题组来说(我没说我组,,没说),,,究竟整几台服务器是个大问题。。服务器的使用又经常会出现以组会为周期特征,,,,以审稿意见为诱发因子的使用高峰期,,,,和相应的低峰期,,,难以互补。。故而云超算平台就可以作为很好的润滑剂来使用。。。。因此,,,步入科研生活之初,,,我就遍求天下超算,,,终于发现了宝藏云——企翼云。。。。

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企翼云能够基本满足一切我等对超算的幻想,,,对于导师来说,,,最重要的肯定是便宜,,,,便宜,,,和便宜;对于学生来说,,,,最重要的则是简单,,,简单,,傻瓜式的简单。。


前者我们可以在后续的计算中管窥一斑,,后者,,,大家点开企翼云的主页注册一下,,登录控制台看一看就知道了。。。。所有过程都是点一点、、、拖一拖,,无脑式完成。。。。并且注册所赠送的算力金,,真的够计算出不少东西的。。改变了我对超算存有过的偏见。。。

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在本文中,,,,我来做一系列简单的声子谱和分析,,,来为大家演示在宝藏云中一站式科研的全过程。。对于材料模拟来说,,,,确定它的动力学稳定性是非常关键的一点。。。声子谱G点下的小小虚频,,,,也是无数人的噩梦。。。但实际上即便是计算“出错”的声子谱,,,也是包含很多信息的,,,,这一点我还尚在学习,,将一点心得与此计算过程一切记录下来。。


我们来计算三维体材料ZnO在常压下和19Gpa静水压下的声子谱,,,每一个声子谱计算对他进行k点的测试,,,,最后我们将声子谱对不同原子进行投影,,,,进一步分析他的晶格振动情况。。。。


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分别对常压下和19Gpa压强下的ZnO进行结构优化。。。

a) 建模:正巧在进行试算的时候重装了系统,,,一时半会没有MS用,,,所以建模则在企翼云的windows工作站节点下运行。。进行计算的是六角纤锌矿结构Zn0(P63mc)

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相当的酷炫,,,,也很流畅,,,对于我来说,,,MS只用来建模,,,所以装一个几个G的东西,,,,很划不来,,调用一个4核节点,,,,一小时3毛2,,我一度想尝试安装一个自定义软件试试。。(譬如荒野大镖客)

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a) 常压优化INCAR 与 晶格常数


晶格常数:3.165(a、、、、b),,5.106(c)


b) 190Gpa INCAR 与 晶格常数。。。


晶格常数:3.165(a、、、、b),,,,5.106(c)


我专门上vasp论坛看过,,,静水压的单位KB = 0.1Gpa。。。(见附件,,可以找大鱼获取)

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对两种晶格,,,按网传的10埃米原理,,进行3-4-2的扩胞,,,,共96个原子。。


对得到的超胞在1x1x1,2x2x2,3x3x3点网格下进行声子谱计算,,以查看其收敛情况。。。。声子谱输入文件如下:


在进行1x1x1(即单G点)计算时,,,,我们可以采取单G点版本来计算,,,,以缩短计算时间。。。只要简单的把提交任务脚本中的vasp_std 修改为 vasp_gam。。。(记得在计算更大k点的时候要调回来),,另外涂抹方案如-5,,是不支持低k点计算的。。。。


真正开展计算的时候,,这96原子的单点计算,,,,我调用了一个64核的节点,,20分钟左右就算完了,,,,全部的六个算完抛去失误算错的部分只在百元附近。。

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a)在计算所得的声子谱目录下,,调用phonphy,,,,提取力常数

phonopy --fc vasprun.xml


b)再编写bond.conf文件,,,,并键入命令,,获得band.yaml文件

文件


ATOM_NAME =Zn O

DIM = 3 4 2

NPOINTS = 301

BAND = 0.000000 0.000000 0.000000  0.000000 0.000000 0.500000  0.333333 0.3333333  0.000000  0.000000 0.000000 0.000000

FORCE_CONSTANTS = READ

EIGENVECTORS = .TRUE.

BAND_POINTS = 301


命令如下:


phonopy --dim="3 4 2" -c POSCAR-unitcell -p band.conf


c)此时,,,,我们调用后处理神器vaspkit1.12,,,,调用73-739,得到声子谱在各原子中的权重。。


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d)这时,,,我们暂时先不管权重,,,绘制普通的声子谱。。


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从上到下 :常压和19Gpa的声子谱、、局域放大

可以看到三个k点所计算出的声子谱基本叠在一起,,不放大几乎不能分辨,,说明此时的收敛程度还是不错的。。。。在19Gpa压强下,,声子谱的样式并无太大变化,,,,而是整体“升高”了许多,,说明此时他还是稳定的,,某学报上刊登的文章计算出19Gpa下有围绕在g点附近的小虚频,,,,我认为可能是收敛问题,,,,或者是泛函问题。。


这里的结果也说明,,,大多数情况下单G点的计算结果就能说明很多问题,,所以我经常先用单g点声子谱计算粗略的试探其稳定性。。


e)我们进一步绘制投影声子谱来分析不同原子的贡献,,,我们用vaspkit提取出来的数据有


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就是按POSCAR顺序排布的,,Zn,Zn,O,O的投影情况。。。每个文件前两列为声子谱图像,,,后面为权重。。。此时我们只要选取一个Zn和O原子的文件,,即1,,,3来画投影图即可。。。可将数据导入origin利用其权重气泡图功能,,手搓半天绘制此图。。。


但是,,,经常面对大量材料的我们,,手搓浪费生命,,现在向大家介绍我针对vaspkit后处理结果所写的外行看了嘬牙,,,,新手看了叹气,,,,老手看了脑淤血的后后处理python制图脚本(上述普通声子谱也是用这个脚本画的,,,,只要去掉散点图部分,,,,重复两遍平平无奇部分)

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此外,,当我们面对虚频时,,我们还可以利用jmol查看虚频振动模式,,甚至去提取他的虚频振动本征矢,,,,来确定虚频产生的振动方向,,做一个微小的位移来进行能量曲线拟合,,,,找到能量最小值的稳定结果,,称为“冻声子法”。。。(脚本可以找“大鱼”获取)

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