VASP+FROPHO 计算晶体材料声子谱及热性能

VASP参数设置详解计算材料2010-11-30 20:11:32 阅读197 评论0 字号：大中小订阅转自小木虫，略有增减软件主要功能：采用周期性边界条件（或超原胞模型）处理原子、分子、团簇、纳米线（或管）、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体l 计算材料的结构参数（键长、键角、晶格常数、原子位置等）和构型l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：对所计算的体系进行注释：SYSTEM●定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWA V●定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFF●定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW–分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFG●定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT●其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

VASP Version : 4.6在此文中，我将用硅晶体作为实例，来说明如何用VASP4.6来计算固体的能带结构。

首先我们要了解晶体硅的结构，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对的位置为 (a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常数。

在计算中，我们采用FCC的原胞，每个原胞里有两个硅原子。

VASP计算需要以下的四个文件：INCAR（控制参数）, KPOINTS（倒空间撒点）, POSCAR（原子坐标）, POTCAR（赝势文件）为了计算能带结构，我们首先要进行一次自洽计算，得到体系正确的基态电子密度。

然后固定此电荷分布，对于选定的特殊的K点进一步进行非自洽的能带计算。

有了需要的K点的能量本征值，也就得到了我们所需要的能带。

步骤一.—自洽计算产生正确的基态电子密度：以下是用到的各个文件样本:INCAR 文件：SYSTEM = SiStartparameter for this run:NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timerPREC = medium medium, high lowISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecutICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-constISPIN = 1 spin polarized calculation?Electronic Relaxation 1NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM stepsEDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELMLREAL = .FALSE. real-space projectionIonic relaxationEDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOMNSW = 0 number of steps for IOMIBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CGISIF = 2 stress and relaxationPOTIM = 0.10 time-step for ionic-motionTEIN = 0.0 initial temperatureTEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during runDOS related values:ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gausElectronic relaxation 2 (details)Write flagsLWAVE = T write WAVECARLCHARG = T write CHGCARVASP给INCAR文件中的很多参数都设置了默认值，所以如果你对参数不熟悉，可以直接用默认的参数值。

侯柱峰-vasp计算晶体弹性常数引言晶体弹性常数是描述晶体材料力学性质的重要参数之一，对于理解材料的力学行为和设计新材料具有重要意义。

在材料科学领域中，计算晶体弹性常数的方法多种多样，其中基于第一性原理的计算方法得到了广泛的应用和认可。

本文将介绍侯柱峰等人在VASP软件包中计算晶体弹性常数的方法和步骤。

VASP简介VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）是一款基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件包，由维也纳大学的J. Hafner教授及其团队开发。

VASP以固体物理和材料科学为核心，广泛应用于研究材料的电子结构、力学性质、热力学性质等方面。

VASP计算晶体弹性常数的方法1. 结构优化在计算晶体弹性常数之前，首先需要通过VASP进行结构优化。

结构优化的目的是找到晶体的平衡结构，使得能量最低。

在结构优化过程中，需要设定材料的晶格参数、原子种类和初始位置等参数，并设置计算的精度和收敛标准。

2. 弹性常数计算前的准备在进行弹性常数计算之前，需要对结构进行静力学计算，即计算晶体的内部应力状态。

为此，需要在INCAR文件中设置一些相关的参数，例如选用的泛函类型、截断能等。

3. 弹性常数计算在进行弹性常数计算之前，需要在INCAR文件中添加以下参数：ISTART = 1ICHARG = 2ENCUT = 520ISYM = 0ISMEAR = 0然后运行VASP进行弹性常数的计算。

计算完成后，可以得到弹性常数矩阵，其中包括36个元素，分别对应不同的弹性常数。

4. 弹性常数的后处理在得到弹性常数矩阵之后，需要进行一些后处理来得到弹性常数的具体数值。

这一步可以使用第三方软件进行，例如使用MATLAB来计算并提取需要的弹性常数。

结论侯柱峰等人在VASP软件包中提供了一种计算晶体弹性常数的方法，可以方便而准确地得到晶体的力学性质。

这种方法基于第一性原理，充分考虑了材料的电子结构和原子之间的相互作用，具有很高的可靠性和适用性。

VASP参数设置详解计算材料2010-11-30 20:11:32 阅读197 评论0 字号：大中小订阅转自小木虫，略有增减软件主要功能：采用周期性边界条件（或超原胞模型）处理原子、分子、团簇、纳米线（或管）、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体l 计算材料的结构参数（键长、键角、晶格常数、原子位置等）和构型l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：对所计算的体系进行注释：SYSTEM●定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWA V●定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFF●定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW–分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFG●定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT●其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

pwmat计算有限温声子谱计算有限温声子谱是指在考虑温度效应的情况下，对晶体中的声子模式进行计算和分析。

声子谱描述了晶体中声子的能量和动量分布，对于研究晶体的热传导、热稳定性以及材料的热力学性质等具有重要意义。

在计算有限温声子谱时，一种常用的方法是使用密度泛函理论（DFT）结合分子动力学模拟（MD）。

下面我将从多个角度介绍这个过程。

1. 密度泛函理论（DFT），DFT是一种计算材料电子结构和性质的理论框架。

在计算有限温声子谱时，首先需要使用DFT计算材料的基态电子结构，得到晶体的势能面和力常数矩阵。

2. 分子动力学模拟（MD），MD模拟是一种通过求解牛顿方程来模拟材料中原子的运动的方法。

在计算有限温声子谱时，可以通过MD模拟来模拟材料在一定温度下的原子振动。

通过对原子的轨迹进行分析，可以得到声子的频率和振动模式。

3. 力常数矩阵，力常数矩阵描述了晶体中原子之间的相互作用力。

通过DFT计算得到的力常数矩阵可以用来构建声子哈密顿量，进而计算声子的能量和振动模式。

4. 蒙特卡洛模拟，为了考虑温度效应，可以使用蒙特卡洛模拟来生成服从玻尔兹曼分布的原子速度。

在MD模拟中，原子的初始速度可以通过蒙特卡洛模拟来获得，从而模拟材料在一定温度下的原子振动。

5. 声子频率计算，通过对声子哈密顿量进行对角化，可以计算出声子的频率和振动模式。

这些频率和模式可以用来构建声子谱，描述晶体中声子的能量和动量分布。

总结起来，计算有限温声子谱是一个涉及到DFT、MD、力常数矩阵和蒙特卡洛模拟的复杂过程。

通过这些计算和模拟，可以得到晶体中声子的能量和动量分布，进而对材料的热传导、热稳定性以及热力学性质进行研究和分析。

这对于材料科学和工程领域的研究具有重要的意义。

标题：phono3py计算有限温声子谱1. 简介phono3py是用于计算晶格热扰动对声子传输性质的影响的程序。

它通过结合第一原理计算和三阶力常数来分析晶格热扰动对声子传输性质的影响。

在固体材料的研究中，了解声子的传输性质对材料的热导率和热膨胀系数等性质具有重要意义。

2. phono3py的工作原理phono3py的计算基于哈密顿理论和晶格动力学理论。

它通过计算晶格的热扰动对声子的频率和色散关系的影响，来获取有限温下的声子谱。

在这个过程中，phono3py考虑了晶格动力学和热力学相互作用的影响，从而得出了更准确的声子传输性质。

3. phono3py的应用phono3py广泛应用于材料物理、凝聚态物理和材料工程等领域。

在热电材料的研究中，了解声子传输性质对材料的热电性能有重要作用。

另外，在光学材料的研究中，声子谱的计算也对材料的光学性能具有重要影响。

4. phono3py的优势与其他声子传输性质计算方法相比，phono3py具有高精度和高效率。

通过结合第一原理计算和三阶力常数，phono3py能够准确地描述声子的传输性质，并且能够在计算效率上得到很好的平衡。

5. 结语phono3py作为计算有限温声子谱的重要工具，为材料研究提供了重要手段。

通过对声子传输性质的准确描述，phono3py帮助科学家们更好地理解材料的热导率、热膨胀系数等性质，为材料设计和应用提供了重要参考。

随着计算方法的不断发展，phono3py有望在更广泛的领域得到应用，为材料研究和工程应用带来更多的创新和突破。

6. phono3py的发展趋势随着材料科学和计算科学的进步，phono3py在声子传输性质计算领域仍然具有广阔的发展空间。

未来，phono3py有望在以下几个方面得到进一步的改进和扩展：6.1 新的计算方法随着计算方法和软件工具的不断发展，我们可以预见phono3py将结合更多先进的计算方法，如机器学习、深度学习等，以更准确地描述晶格的热扰动对声子传输性质的影响。

phonopy中文使用说明Phonopy是一个由python实现的晶体声子；计算声子色散谱；；计算声子态密度，包括分立态密度；；声子热力学性质，包括自由能，热容量，焓；；Phonopy通过力常数的方法计算声子谱；同样类型的程序还有phon,fropho,pho；Phonopy是使用python 以及C等高级语言；Phonopy使用python的matplotl；在自己的pc机安装winPhonopy 是一个由 python 实现的晶体声子分析程序。

它是目前提供了 VASP 的 Wien2k 的接口用来计算原子受力。

它的主要功能有：计算声子色散谱；计算声子态密度，包括分立态密度；声子热力学性质，包括自由能，热容量，焓；Phonopy 通过力常数的方法计算声子谱。

力常数由计算原子在超晶胞中被移动后的受力得到(Parlinsk-Li-Kawasoe 方法)。

同样类型的程序还有phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商业软件，卖的很贵，fropho和phonopy的代码其实都是来自于phon, fropho是为了代替phon而开发的，目的是为了使用phon更方便，phon和fropho主要都是由fortran开发的，而现在fropho已经停止开发，由 python 开发的phonopy代替了fropho, phonopy在使用上更为方便，在计算量上更为减少。

因为phon, fropho和 phonon 在移动原子位置时都是一次只移动一个原子的一个方向，而phonopy则可以一次移动一个原子的多个方向，所以和其它程序相比, phonopy最多可以减少 2/3 的计算量。

Phonopy是使用python以及C等高级语言编写的用于计算声子谱的程序，它可以很方便地在现有的unix或linux操作系统上进行安装。

它利用VASP等第一性原理计算程序来计算有限位移下的原子受力，然后利用phonopy程序处理原子受力获得声子谱。