北鲲教程 ｜不同压强下ZnO的声子谱计算及其收敛性测试 | 文末送100算力金啦

2022年8月18日 浏览：1814

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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——北鲲云。

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北鲲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，大家点开北鲲云的主页注册一下，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，所以建模则在北鲲云的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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左上左下 ：常压和19Gpa的声子谱
右上右下：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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老规矩了，北鲲云教程后面必有福利，这次的奖品是100算力金， 8月25日 抽取一名鲲友送出。点击下方卡片即可参与抽奖。


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