PWSCF计算晶体的声子色散曲线和态密度_百度文库
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PWSCF计算晶体的声子色散曲线和态密度
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优化计算例子文件--run_optim解读#!/bin/sh####################################################################&./home/xiaoqiugood/pwscf/pw/environment/environment_1&exportPARA_PREFIX='mpirun &-np 6'# or & export PARA_PREFIX='mpirun' ,export &PARA_POSTFIX= -np 3TMP_DIR=/home/xiaoqiugood/pwscf/pw/tmp/tmp2 rm -r $TMP_DIR/*.save rm $TMP_DIR/*&export name='c225'&for a in 1000docat &$name.optim.in_$a && EOF &control & &calculation = 'vc-relax' & &restart_mode='from_scratch', & &prefix='$name', & &tstress = .true. & &tprnfor = .true. & &pseudo_dir = '$PSEUDO_DIR/', & &outdir='$TMP_DIR/' & &etot_conv_thr = 1.0D-5, & &forc_conv_thr = 1.0D-4, & nstep= 100 & dt=50 &# calculation = 'vc-relax'：表明我们优化的是晶格参数和原子位置。手册解释：Default: 'scf'. Description: a string describingthe task to be performed: 'scf', 'nscf', 'bands', 'phonon', 'relax', 'md', 'vc-relax', 'vc-md','neb', 'smd', 'metadyn'
(vc = variable-cell).，设置，表示要计算体系的应力；手册解释：calculation='vc-md'or 'vc-relax'# tprnfor=.t. ，设置为True，表示要计算原子所受的力，在calculation='relax'时，默认为.True.；【自洽计算设置无意义？】手册解释：# nstep ：优化的最大步数。手册解释：number of ionic + electronic steps. &Default: 1 if calculation = 'scf', 'nscf', 'bands'; 0 &if calculation = 'neb', 'smd'; 50 for theother cases.#dt是弛豫时间. time step for molecular dynamics, inRydberg atomic units &(1 a.u.=4.8378 * 10^-17 s : beware, CP andFPMD codes use Hartree atomic units, half that much!!!). & Default: 20.D0# etot_conv_thr ： convergence threshold on total energy(a.u) for ionic minimization: the convergence criterion is satisfied &when the total energy changes less thanetot_conv_thr between two consecutive scf steps. Default: & & & &1.0D-4. See also forc_conv_thr - bothcriteria must be satisfied# forc_conv_thr : convergence threshold onforces (a.u) for ionic minimization: the convergence criterion is satisfiedwhen all components of all forces are smaller than forc_conv_thr.
/&system ibrav=2, celldm(1)=7., &nat= 4, ntyp= 2 & &ecutwfc =90, &
occupations=&#39;smearing&#39;, & degauss=0.02, & smearing=&#39;mp&#39;, & nosym=.true.# ecutwfc =60: kinetic energy cutoff (Ry)for wavefunctions.对ecutwfc进行测试。如果采用的norm-conserving的赝势，按么ecutrho是ecutwfc的4倍就可以了；如果采用的ultra-soft 的赝势，那么ecutrho按手册上的提示，需是ecutwfc的<span style="font-size:16color:#倍以上。#用参数ecutrho表示对电荷的截断，默认值是ecutwfc的四倍.手册解释：Default: 4 * ecutwfc； Description: & kinetic energy cutoff (Ry) for charge density and potential. May belarger ( for ultrasoft PP ) or somewhat smaller ( but not much smaller ) than the default value. Note that & &if you have norm-conserving PP only,setting it to a larger value than the default is a waste of time.金属开关；绝缘体呢？为0，相当于fixed-occupation的计算，即每个态的电子占有数是固定的。当体系为半导体或绝缘体时，可以设置degauss=0，其他情况下不能。#occupations=’smearing’：gaussiansmearing for metals &requires a value fordegauss. & occupations用来设置确定电子占有数的方法，赋值为&#39;smearing&#39;表示采用smearing的方法来确定电子的占有数，随后须设置smearing【词霸：拖尾效应】和degauss【词霸：消去磁场，消磁】关键词。 smearing用来指明确定电子占有数的一种具体的smearing方法，赋值为&#39;gaussian&#39;表示采用Gaussian函数来确定电子占有数；用来确定方法中有关函数的展宽参数，赋值为表示上面函数中的展宽参数为。#smearing参数手册解释：Default: &#39;gaussian&#39;； Description: & &&#39;gaussian&#39;, &#39;gauss&#39;: ordinary Gaussianspreading (Default) &#39;methfessel-paxton&#39;, &#39;m-p&#39;, &#39;mp&#39;: &Methfessel-Paxton first-order spreading (seePRB 40, )). &#39;marzari-vanderbilt&#39;, &#39;cold&#39;, &#39;m-v&#39;,&#39;mv&#39;: &Marzari-Vanderbilt coldsmearing &(see PRL 82, )) &#39;fermi-dirac&#39;, &#39;f-d&#39;, &#39;fd&#39;: &smearing with Fermi-Dirac function# nosym.Default: .FALSE. &Description: if (.TRUE.) symmetry is not used. Note that a k-point grid provided in input is used &as is&; anautomatically generated k-point grid will contain only points in theirreducible BZ of the lattice. &Use withcare in low-symmetry large cells if you cannot afford a k-point grid with thecorrect symmetry. &/ &electrons & &mixing_beta = 0.7, & &conv_thr = 1.0d-8# mixing_beta = 0.7:用来设置自洽计算过程中前后两次电荷密度混合的参数;手册解释： &Default: 0.7D0. Description: & mixing factor for self-consistency.：是电子每次迭代收敛条件。手册描述：estimated energy error & conv_thr (notethat conv_thr is extensive, like the total energy). conv_thr is automaticallyreduced when the relaxation &approachesconvergence so that forces are still accurate, but conv_thr will not be reducedto less that conv_thr / upscale. 【upscale参数有什么作用？】&/ &IONS & &ion_dynamics = &#39;damp&#39; & &upscale = 20&#在calculation=&#39;relax&#39;时，ion_dynamics设置为&#39;bfgs&#39;表示用BFGS准牛顿算法来进行优化，设置为&#39;damp&#39;表示用最速下降法来进行优化。 &手册解释：Variable: &ion_dynamics. &Description: Specify the type of ionic dynamics. &For constrained dynamics or constrainedoptimisations add the CONSTRAINTS card (when the card is present the SHAKEalgorithm is automatically used). For different type of calculation differentpossibilities are allowed and different default values apply: CASE (calculation = &#39;relax&#39; )&#39;bfgs&#39; : & (default) & a new BFGS quasi-newton algorithm, based onthe trust radius procedure, is used &forstructural relaxation (experimental) &#39;damp&#39; :use damped (quick-min Verlet)dynamics for structural relaxation.&# upscale：用来控制conv_thr在结构优化过程中最可能的缩小值，在优化快接近收敛时，conv_thr会自动减小以保证所计算的力仍然很精确，但是conv_thr并不会减小到conv_thr/upscale. 手册解释：Variable: upscale. &Type: REAL. Default: 10.D0. Description: &Max reduction factor for conv_thr duringstructural optimization. conv_thr is automatically reduced when therelaxation approaches convergence so that forces are still accurate, butconv_thr will not be reduced to less that conv_thr / upscale.&/ &CELL & &cell_dynamics = &#39;damp-pr&#39; & &press =$a# cell_dynamics =&#39;damp-pr&#39;表示：晶格弛豫采用的是&#39;damp-pr方式。是否应该选用与离子弛豫相同的方式？Variable: cell_dynamics. &Description: Specify the type of dynamics for the cell.【是cell 还是atom? 还是atom in cell?】。For differenttype of calculation different possibilities are allowed and different defaultvalues apply: CASE ( calculation =&#39;vc-relax&#39; )
&#39;none&#39;: & default； &&#39;sd&#39;: & & steepest descent ( not implemented )； &#39;damp-pr&#39;: damped (Beeman) dynamics of theParrinello-Rahman extended lagrangian； &#39;damp-w&#39;: damped (Beeman) dynamics of the new Wentzcovitch extended lagrangian； &#39;bfgs&#39;: & new BFGS quasi-newton algorithm, based on the trust radius procedure, isused for structural relaxation (experimental), ion_dynamics must be &#39;bfgs&#39; too.CASE ( calculation = &#39;vc-md&#39; ) &&#39;none&#39;:default &&#39;pr&#39;: &(Beeman) molecular dynamics of the Parrinello-Rahmanextended lagrangian &&#39;w&#39;: & & & (Beeman) molecular dynamics of the newWentzcovitch extended lagrangian.# Variable: & & & press. Default: & 0.D0Description: &
Target pressure [KBar]in a variable-cell md or relaxation run.&/ATOMIC_SPECIESH & & 1.008 & & H.pbe-van_ak.UPFSc & &44.9559 & Sc.pbe-nsp-van.UPFATOMIC_POSITIONS {crystal}H & & 0.0 &0.0000H & & 0.0 &0.0000H & & 0.0 &0.0000Sc & &0.0 &0.0000K_POINTS {automatic} 15 &15 15 &0 0 0EOF$PARA_PREFIX $PW_ROOT/pw.x & $name.optim.in_$a &$name.optim.out_$aDone
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·PWSCF计算实例分析(1)
PWSCF程序包（早期的叫法），或称为
ESPRESSO程序（改名后的叫法)，它包括了多几个计算模块，主要的是电子自洽计算模块pw.x，晶格动力学计算模块(ph.x,
dynmat.x,d3.x等)，后续数据处理模块pp.x，电子输运性质计算模块pwcond.x，分子动力学模块cp.x等
一、自洽计算
Cu的自洽计算
calculation='scf'
restart_mode='from_scratch',
pseudo_dir =
outdir='./'
prefix='cu'
ibrav = 2, celldm(1)
=6.73, nat= 1, ntyp= 1,
ecutwfc = 25.0,
ecutrho = 300.0
occupations='smearing',
smearing='gaussian', degauss=0.02
&electrons
diagonalization='david'
conv_thr =
mixing_beta =
ATOMIC_SPECIES
Cu.pz-d-rrkjus.UPF
ATOMIC_POSITIONS
Cu 0.0 0.0
(automatic)
在电子自洽计算中需设置以下几个方面的参数：
1）控制计算的部分，也就是要设置
第一个'/'之间的关键词。
关键词calculation赋值为'scf'表示此计算是进行自洽电荷密度计算；
restart_mode表示是否是接着上一次的计算而继续的计算，赋值为'from_scratch'意味着是进行一次全新的计算开始；
pseudo_dir用来设置赝势文件所在的目录，赋值为'./'表示赝势文件放在当前计算目录；
outdir用来设置计算过程中输出文件（比如波函数、电荷密度以及势）输出到哪个目录中。赋值为'./'表示这些输出文件将放到当前计算目录中；
prefix用来定义当前计算作业的标题名，它将是一些主要输出文件的文件名。赋值为'cu'用来标记当前计算作业是对Cu进行计算；
tstress 用来设置在自洽计算过程中是否计算体系的应力，设置为 .true.表示在自洽计算过程中要计算体系的应力；
tprnfor 用来设置在自洽计算过程中是否计算体系中原子所受的力，设置为
.true.表示在自洽计算过程中要计算体系中原子所受的力;
描述所计算的体系（包括它的晶格类型、晶格常数或结构参数、原胞基矢、原胞中原子的类型数目和总的原子数目）、平面波的切断动能（也就是在展开KS轨道或
晶体波函数的平面波切断动能；另外，还包括在计算电荷密度时，展开的平面波的切断动能）、确定电子占有数的方法及相关的参数。也就是由
..........
第二'/'之间的关键词来设置。
ibrav用来归属体系所属的晶格类型，赋值为2表示所计算的体系是fcc结构；
celldm(1)用来设置体系的第一个晶格常数，因为所计算的体系是fcc结构，只需设置celldm(1)，相当于指定晶格常数a的值；
nat用来指明体系的原胞中原子的总共数目，赋值为1表示所计算的原胞中只有一个原子；
ntyp用来指明体系中原子类型的数目，赋值为1表示所计算的体系只有一种类型的原子；
occupations用来设置确定电子占有数的方法，赋值为'smearing'表示采用smearing的方法来确定电子的占有数，随后须设置smearing和degauss关键词；
smearing用来指明确定电子占有数的一种具体的smearing方法，赋值为'gaussian'表示采用Gaussian函数来确定电子占有数；
degauss用来确定smearing方法中有关函数的展宽参数，赋值为0.02表示上面Gaussian函数中的展宽参数为0.02。
3）、设置电子自洽计算中本征矢量（波函数）和本征值的计算算法，自洽收敛的标准。也就是
&electrons
和第三个'/'之间的关键词来设置。
diagonalization用来设置在求KS方程的本征矢量和本征值时，采用具体的什么算法，赋值为'david'表示采用Davidson
iterative diagonalization with overlap matrix方法；
conv_thr用来设置自洽收敛标准，赋值为自洽循环过程总能的变化小于1.0e-8的化，那自洽计算就停止；
mixing_beta用来设置自洽计算过程中前后两次电荷密度混合的参数。
4）、指明体系中原子的元素名，原子量以及所采用的赝势，即ATOMIC_SPECIES
后面的设置，它们的顺序要和后面原子的坐标一一对应起来。
Cu 63.55 Cu.pz-d-rrkjus.UPF
表示所计算的体系中原子是Cu，它的原子量为63.55，它的赝势文件为Cu.pz-d-rrkjus.UPF。
5）、给出体系原胞中原子的坐标位置，也就是ATOMIC_POSITIONS 后面的设置：
Cu 0.0 0.0 0.0
表示原胞中第一个原子是Cu，它位于原胞的原点。
6）、k点取样的设置，也就是K_POINTS 后面的设置：
K_POINTS (automatic)
表示由程序采用M-P方法自动确定k点，需给出k点取样网格的大小，以及是否在产生k点后对这些点进行平移。
8 8 8 0 0 0
表示采用8x8x8的网格来确定k点，而且不对k点进行平移
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pwscf中的nbnd,主要心得如下nbnd,在scf计算中,对于绝缘体一般指定为电子数目的一半即可,例如可以空跑一下程序,然后在输出文件中查找"electron"关键词,即可得到电子数,除以2即可作为绝缘体或半导体scf计算中的nbnd,当然,也可以指定更多的对于金属型体系,一般应该超过电子数一半的百分之二十,不然计算的时候会抱错,也就是计算了一会,会说确定费米能级的时候出错,对于有自旋的磁性体系,nbnd也应该是电子数目的一半超多百分之二十;nbnd,在nscf计算的时候,如果是计算DOS,一般应指定得高一些,比如说体系有120个电子,那么我一般指定成100左右,这样能保证计算的DOS能在费米能级以上;nbnd,在berry phase计算的时候,nscf中一定要指定成电子数的一半,要严格是一半,同时gaussian展宽系数degauss必须是零,否则会抱;因此,对于磁性体系,如若指定自旋,则无法在pwscf中计算介电极化,这是算法问题,是算法不支持这种计算;对于金属性体系,包括指定自旋的体系,一般要用occupations=smearing, smearing=gaussian,然后指定一个大于零的degauss，如果degauss=0，会抱错而且，pwscf一向把指定自旋的体系当成金属型体系，无论计算得到的能带有没有带隙
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