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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:驰铭鑫云

    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——驰铭鑫云。。。。

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    驰铭鑫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,,大家点开驰铭鑫云的主页注册一下,,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,,,,所以建模则在驰铭鑫云的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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