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 1673浏览
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。
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。
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。
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)
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)
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)
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。
a)在计算所得的声子谱目录下,调用phonphy,提取力常数
b)再编写bond.conf文件,并键入命令,获得band.yaml文件
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
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。
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
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)
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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内容摘自北鲲云五月份直播内容【声子谱的计算、后处理与分析实例】 另有文章【不同压强下ZnO的声子谱计算及其收敛性测试】可在发布的内容中查阅。 所有计算皆在北鲲云超算平台上完成。 计算声子谱所需软件: 1 VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package) 结构计算与声子谱基本计算 2 phonopy 声子谱的计算与后处理 3 vaspkit 各种后处理 4 Orig
计算有效质量分为两种方法,一是由能带计算有效电子质量,二是结合vaspkit计算有效质量,下面分别阐述。 方法一: 1、优化结构(二维材料需要考虑范德华校正、OPTCELL控制晶格等,根据实际情况而定) 2、SCF自洽计算,取CHGCAR进行能带计算 3、能带计算之后得到highk.dat是高对称点的坐标位置,这些坐标就是能带图中对于的高对称位置。 4、找到导带底的位置,取其附近的点,示例取了9个
第一步:构型优化 1.准备四个输入文件 POSCAR INCAR POTCAR KPOINTS POSCAR: 从ms中导入AgGaS2结构,选择CASTEP,file,save,并保存成原包。这样,得到一隐藏文件.cell, 将它用编辑器打开,从中得到vasp所需的POSCAR信息,修改得到POSCAR。 AgGaS2 bulk 1.000000000000000 -2.793499946594
本案例基于COMSOL软件仿真了一压电泵,结构设计如图所示。模拟了压电泵在交流电压作用下底部硅杯的变形结果,如图所示。 压电泵设计结构简图 结构的压电耦合形变 感兴趣的朋友可下载模型,欢迎交流
使用方法一:获取材料raman活性信息 代码链接:https://github.com/raman-sc/VASP/tree/master/Sibulk-VASP 前置计算材料的振动频率和介电常数等,参考INCAR如下: SYSTEM = Si_bulk ISTART = 0 # From-scratch; job : 0-new 1-cont 2-samecut NWRITE = 3 Verbo