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再谈VASP单点能计算与保持结构对称性不变优化

已有 26543 次阅读 2014-5-13 08:55 |个人分类:结构优化|系统分类:科研笔记

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1)  单点能计算参数设置

2)   对于一个VASP优化好的结构,其优化后的的能量值与计算该结构单点能得到的能量值之间的差别

3)如果VASP降压优化过程中在250 GPa下cmcm相自动转化为Fm-3m相,则如何得到Cmcm相在250 GPa以下的能量值呢?  考虑采用其他软件进行优化计算,如CASTEP或PWSCF优化完了之后(在低压下有可能保持Cmcm构型),再利用优化后的构型在VASP中进行单点计算。

 

 

 

体会:加压情形下单点能计算若要取得与加压优化下的能量计算相近的结果,单点计算时也要设置压力,即压力体积项也要考虑进去。INCAR如下:

for i in  1500 1000

do
cat > INCAR << EOF
TEM= scf for band and dos
PREC=Accurate
EDIFF= 1e-5
ENCUT= 400.0
ISTART= 0 ; IBRION = -1
ISMEAR= 1 ; SIGMA = 0.2

PSTRESS = $i
EOF

cp cont-cmcm-$i  POSCAR
# start calculation

mpirun -np 8 mpivasp  > STDOUT

cp CONTCAR contcar_$i-01
cp OUTCAR outcar_$i-01

done

 

 

加压与不加压计算的单点能情形结果差别在这里

 

 

1). 加压优化后:

 FREE ENERGIE OF THE ION-ELECTRON SYSTEM (eV)
 ---------------------------------------------------
 free  energy   TOTEN  =       -33.514600 eV

 energy  without entropy=      -33.517708  energy(sigma->0) =      -33.515636
 enthalpy is  TOTEN    =         1.463533 eV   P V=       34.978133

 

2) 不加压单点计算:

       

 FREE ENERGIE OF THE ION-ELECTRON SYSTEM (eV)
 ---------------------------------------------------
 free  energy   TOTEN  =       -33.518012 eV

 energy  without entropy=      -33.521120  energy(sigma->0) =      -33.519048

 

3)  加压单点计算

  FREE ENERGIE OF THE ION-ELECTRON SYSTEM (eV)
 ---------------------------------------------------
 free  energy   TOTEN  =       -33.514600 eV

 energy  without entropy=      -33.517707  energy(sigma->0) =      -33.515636
 enthalpy is  TOTEN    =         1.463533 eV   P V=       34.978133【完美的一致!!!】

 

 


 

 

small 22:03:10
xxx,最近做VASP优化时,发现Cmcm结构在250 GPa以下优化过程中自动转变为Fm-3m结构,请问这种情形下,如何得到250 GPa以下Cmcm结构的能量?
图形及导师要求更改的信息如下:  
" Do you have phonons of the two structures at two pressures -- say 1 atm and 100GPa? At two pressures, can you  Take the two structures, and run a linear transit between them, i.e interpolating distances  in a series of single-point calculations."
xxx 22:27:14
试一试ibrion=1

 

网络摘录:

http://emuch.net/html/200907/1428501.html

问题:为什么使用vasp计算单点与结构优化结果能量差很大?  

对同一个体系,只是把INCAR里面的NSW改成1算单点,但是结果能量差很大。是什么原因会造成这样的结果?

 

可能回答:

通常在单点计算之前先要进行迟豫,迟豫过程通常通过移动粒子之间的距离,使FH力小于某一阈值,即达到要求的精度。另一判据就是能量,当两个粒子步之间的能量差值小于某一阈值时,粒子停止移动。认为达到了最低能量量值。此时的能量值是在优化过程产生的,通常情况下不能直接用于和能量相关的计算

    点计算就是将所有的迟豫参数去掉,原子已经位于理想的位置。此时得到的能量为点能量。点能量和迟豫能量有一些差距,我问过李博士,他说差别不太大。但是还是有稍许差距的,可能0.01eV,也可能0.001eV。关键不是量值,而是你对科学的态度。说明书上也详细说明了这些内容,当取能量值时设置的参数是不一样的。静态计算得目的从能量角度出发就是为了获取精确的能量值。

      要不然你就比较一下MedeA里面的优化计算时文件和点计算时文件的差别。结合能或者说内聚能我参考的VASP组最近发表的文站PRB 87,214102,关于形成能,我参考的V.Wolverton发表的文章。还浏览过刘梓葵和Longqing Chen在2005年参与编写的材料计算模型,还有M.Asta发表的文章,实验和理论相结合的内容,看了Calphad这本书。你要感觉我回答不准确的话,请你批评指教。

 

 

2.

很多时候这两个能量并不一致,所以一般优化完以后还是需要提高精度,有时候可能不仅仅是增加k点,做个静态计算,特别是对精度要求比较高的计算,更是如此。

 

附介绍

http://emuch.net/html/200907/1428501.html

 

VASP具有单点能计算的功能。也就是说,对一个给定的固定不变的结构(包括原子、分子、表面或体材料)能够计算其总能,即静态计算功能。
单点能计算需要的参数最少,最多只要在KPOINTS文件中设置一下合适的K点或者在INCAR文件中给定一个截断能ENCUT就可以了。还有一个参数就是电子步的收敛标准的设置EDIFF,默认值为EDIFF=1E-4,一般不需要修改这个值。
具体来说要计算单点能,只要在INCAR中设置IBRION=-1也就是让离子不移动就可以了。


什么是结构优化(structure optimization)?如何计算?
       结构优化又叫结构弛豫(structure relax),是指通过对体系的坐标进行调整,使得其能量或内力达到最小的过程,与动力学退火不同,它是一种在0K下用原子间静力进行优化的方法。可以认为结构优化后的结构是相对稳定的基态结构,能够在实验之中获得的几率要大些(当然这只是理论计算的结果,必须由实验来验证)。
一般要做弛豫计算,需要设置弛豫收敛标准,也就是告诉系统收敛达成的判据(convergence break condition),当系统检测到能量变化减小到一个确定值时例如EDIFFG=1E-3时视为收敛中断计算,移动离子位置尝试进行下一步计算。EDIFFG这个值可以为负,例如EDIFFG=-0.02,这时的收敛标准是当系统发现所有离子间作用力都小于给定的数值,如0.02eV/A时视为收敛而中断。
弛豫计算主要有两种方式:准牛顿方法(quasi-Newton RMM-DIIS)和共轭梯度法(CG)两种。准牛顿方法计算速度较快,适合于初始结构与平衡结构(势能面上全局最小值)比较接近的情况,而CG方法慢一些,找到全局最小的可能性也要大一些。选择方法为IBRION=1时为准牛顿方法而IBRION=2时为CG方法。
具体来说要做弛豫计算,设置IBRION=1或者2就可以了,其它参数根据需要来设置。NSW是进行弛豫的最大步数,例如设置NSW=100,当计算在100步之内达到收敛时计算自动中断,而100步内没有达到收敛的话系统将在第100步后强制中止(平常计算步数不会超过100步,超过100步可能是计算的体系出了问题)。参数通常可以从文献中发现,例如收敛标准EDIFFG等。
        有的时候我们需要一些带限制条件的弛豫计算,例如冻结部分原子、限制自旋的计算等等。冻结部分原子可以在POSCAR文件中设置selective dynamic来实现。自旋多重度限制可以在INCAR中以NUPDOWN选项来设置。另外ISIF选项可以控制弛豫时的晶胞变化情况,例如晶胞的形状和体积等。
费米面附近能级电子分布的smearing是一种促进收敛的有效方法,可能产生物理意义不明确的分数占据态情况,不过问题不大。在INCAR文件中以ISMEAR来设置。一般来说K点只有一两个的时候采用ISMEAR=0,金属体材料用ISMEAR=1或2,半导体材料用ISMEAR=-5等等。不过有时电子步收敛速度依然很慢,还需要设置一些算法控制选项,例如设置ALGO=Very_Fast,减小真空层厚度,减少K点数目等。
弛豫是一种非常有效的分析计算手段,虽然是静力学计算但是往往获得一些动力学得不到的结果。



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