声子计算出现虚频

VASP声子谱计算避坑指南:搞定虚频、正确设置NSW和EDIFF的实战经验 本文详细解析了VASP结合phonopy计算声子谱时的常见问题,特别是虚频过大和计算不收敛的解决方案。通过实战经验分享,提供了关键参数如NSW、EDIFF的正确设置方法,以及超胞尺寸选择、力常数提取等操作指南,帮助研究者高效完成声子谱计算。 阅读详情
AI摘要

本文概述了在计算材料声子色散过程中遇到的虚频问题,重点介绍了DFPT和超胞方法的计算技巧,区分了不同虚频类型,并提供了优化策略,包括坐标优化、超胞尺寸调整和软件选择建议。

声子色散结构不仅影响材料的晶格热导率,而且通常在文献中多用于检测一种晶格结构是否稳定的重要标准。可是,在针对某一种晶格计算声子时,通常会出现一些虚频,这里总结一些计算中的经验:

声子色散的计算主要有两种方式,一种是采用DFPT的微扰方法,以平面波基组的第一性程序QE为代表可以实现计算,本质是在倒空间计算出力常数,然后通过傅里叶变化,得到实空间的2阶力常数IFC,然后求解动力学方程。另一种方式是采用扩胞或超胞的计算方法,可以通过phonopy,结合一个力计算的程序如第一性原理计算程序或者分子静力学软件GULP,以及人工神经网络势能等即可实现,直接得到实空间下的2阶力常数。

在超胞计算方法中,如果一个晶格有文献报道是稳定的,则计算中虚频主要表现在声学支,对于二维材料,最容易出现的就是gamma点附近声学支的虚频,这里可以区分几种不同的虚频方式:

1.声学支二维材料ZA支靠近布里渊区gamma点虚频:

这一般是原胞晶格常数优化不到位造成的,验证方法可通过施加应变消除,如部分二维材料。

2.其余高对称点出现虚频,原因在于晶胞内原子坐标优化不到位,存在受力。特别是用QE采用DFPT方法,或者用phonopy超胞计算,对原始结构的原子坐标哟求非常严格,需要高精度下优化原子坐标。但是,如果使用alamode的拟合方式来计算2阶力常数,则可以放松原子坐标的优化,甚至使用MD的数据来拟合各阶力常数。

3.声学支靠近gamma处出现下沉包

这是来源于ASR造成,也是因为晶胞中原子间作用力衰减距离较长,需要超胞的尺寸大于2倍的此瞬间距离,因此在超胞计算中可以加大扩胞倍数,如二维材料441出现,一般加大超胞,到661,771等,一般都会消失,对于QE的DFPT方法,则可以增大Q点数目。

4.CP2K计算出现虚频

CP2K实空间计算超胞速度非常快,但是对于周期体系,优化原子坐标必须使用超胞,所以对于原胞的优化最好还是用QE等平面波软件优化坐标,CP2K在优化好后的坐标上计算,可能由于基组等差异,或存在残存的力,这时候可以基于超胞优化,一般原子位移差在0.03ang左右。但是也可以用alamode拟合的方式计算2阶力常数,则初始结构影响较小。但是CP2K在扩胞的过程中,声学支的虚频会逐渐改善,但是对于一些体系会出现一些反常的声子结构,如有些方向会有波浪的软化,这个可能来源于CP2K本身计算的误差问题 ,解决方法可以是用大超胞计算2阶力常数,在alamode拟合中对2阶力常数施加一个小倍数的截断,这样声学支会无虚频,整个色散结构也会和QE等结果接近。

保姆级避坑指南:用VASP+Phonopy算声子谱,从INCAR设置到gnuplot出图 本文提供了一份详细的VASP+Phonopy声子谱计算指南,涵盖从环境配置、INCAR参数优化到gnuplot可视化的全流程。特别针对虚频问题、力常数提取等常见难点给出解决方案,帮助用户高效完成声子谱计算并生成专业图表。 阅读详情

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