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Phonopy:gamma点声子振动模式和频率分析 vs可视化分析

已有 37662 次阅读 2014-3-30 16:29 |个人分类:声子谱计算|系统分类:科研笔记

关注：

1)   声子软化

2)   振动模式分析

以Phonopy 1.6.4版为例，

步骤如下：

1. 利用有限位移法计算声子谱

a.  POSCAR按Phonopy要求修改，使第一行的元素按POTCAR中排序

b. phonopy  -d --dim="3 3 3"扩包，得到一系列  POSCAR-00x

c. 采用如下INCAR对得到的一系列POSCAR-00x进行自洽计算

 

#########################

for p in 001 002
do

cat > INCAR << EOF
PREC = Accurate
IBRION = -1
ENCUT = 400
EDIFF = 1.0e-08
PSTRESS = 2450
ISMEAR = 1; SIGMA = 0.2
#ISMEAR = 0; SIGMA = 0.01
IALGO = 38
LREAL = .FALSE.
ADDGRID = .TRUE.
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.
EOF

cp POSCAR-$p POSCAR

# start calculation
mpirun -np 8 mpivasp > STDOUT


cp OUTCAR OUTCAR_$p
cp vasprun.xml vasprun.xml-$p
cp STDOUT-$p
done

2.处理计算结果得到声子谱

 a. 得到FORSETS 命令

     % phonopy -f disp-{001..003}/vasprun.xml

 b. 态密度

    mesh.conf，POSCAR,FORSETS

  mesh.conf文件内容，

   ATOM_NAME = Si O
   DIM = 2 2 3
   MP = 8 8 8

执行phonopy -p mesh.conf  得到态密度，执行 phonopy -t mesh.conf得到热力学性质

得到投影态密度的文件pdos.conf

   ATOM_NAME = Si O
  DIM = 2 2 3
  MP = 8 8 8
  PDOS = 1 2, 3 4 5 6

执行phonopy -p pdos.conf得到在各个原子上的态密度

c.  得到声子谱

    band.conf文件内容如下：

    ATOM_NAME = Si O
    DIM = 2 2 3
    BAND = 0.5 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0

执行命令得到声子谱带结构：

     phonopy -p band.conf

3.处理计算结果得到振动模式密度

a.  使POSCAR为扩胞前的POSCAR

b. 运行命令 phonopy -f vasprun.xml-{001,002}得到FORSETS

c. 运行phonopy --dim="3 3 3" --ct="0 0 0"得到gamma点的振动模式密度

运行结果如下所示

-$ cp cont-100G POSCAR
-$ phonopy --dim="3 3 3" --ct="0 0 0"
       _                                    
 _ __ | |__   ___  _ __   ___   _ __  _   _
| '_ | '_ / _ | '_ / _ | '_ | | | |
| |_) | | | | (_) | | | | (_) || |_) | |_| |
| .__/|_| |_|___/|_| |_|___(_) .__/ __, |
|_|                            |_|    |___/

                                    1.6.1

Character table mode
Settings:
 Supercell:  [3 3 3]
Spacegroup:  Fm-3m (225)
Calculating force constants...

-----------------
Character table
-----------------
q-point: [ 0.  0.  0.]
Point group: m-3m

Original rotation matrices:

    1         2         3         4         5         6    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 1  0  0  -1  0  0   0  0 -1   0  0  1   0  1  0   0 -1  0
 0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1   1  0  0  -1  0  0
 0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0  -1 -1 -1   1  1  1

    7         8         9        10        11        12    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 1  1  1  -1 -1 -1  -1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0
 0  0 -1   0  0  1   0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0
-1  0  0   1  0  0   0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1

   13        14        15        16        17        18    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
-1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0   0  0  1   0  0 -1
 1  0  0  -1  0  0   0  0 -1   0  0  1  -1 -1 -1   1  1  1

   19        20        21        22        23        24    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  0 -1   0  0  1   0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1
 0 -1  0   0  1  0  -1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0
-1  0  0   1  0  0   0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0

   25        26        27        28        29        30    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
-1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0   0  0  1   0  0 -1
 0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1   1  0  0  -1  0  0
 1  0  0  -1  0  0   0  0 -1   0  0  1   0  1  0   0 -1  0

   31        32        33        34        35        36    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0   0  0 -1   0  0  1
 0  0 -1   0  0  1  -1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0
 1  1  1  -1 -1 -1   0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1

   37        38        39        40        41        42    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1  -1 -1 -1   1  1  1
 0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
 1  0  0  -1  0  0   0  0 -1   0  0  1   0  0  1   0  0 -1

   43        44        45        46        47        48    
--------  --------  --------  --------  --------  --------
-1  0  0   1  0  0   0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0
 0  0 -1   0  0  1   0  1  0   0 -1  0   1  1  1  -1 -1 -1
 0 -1  0   0  1  0  -1 -1 -1   1  1  1  -1  0  0   1  0  0

Transformation matrix:

-1.000  1.000  1.000
1.000 -1.000  1.000
1.000  1.000 -1.000

Rotation matrices by transformation matrix:

    E         i        C4        S4       C4^2       sgh  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0  -1  0  0   1  0  0
 0  1  0   0 -1  0  -1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0
 0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1

   C4        S4       C4^2       sgh       C2        sgd  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0
 1  0  0  -1  0  0   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
 0  0  1   0  0 -1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1

  C4^2       sgh       C2        sgd       C3        S6  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
-1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0   0  0 -1   0  0  1
 0  1  0   0 -1  0  -1  0  0   1  0  0  -1  0  0   1  0  0
 0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  1  0   0 -1  0

   C2        sgd       C3        S6        C4        S4  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1
 0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0
-1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0

   C3        S6        C2        sgd       C3        S6  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1
-1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
 0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0

   C4        S4        C3        S6        C4        S4  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  0  1   0  0 -1   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
 0  1  0   0 -1  0   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1
-1  0  0   1  0  0  -1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0

   C3        S6        C2        sgd       C3        S6  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
 0  1  0   0 -1  0  -1  0  0   1  0  0   0  1  0   0 -1  0
 0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0 -1   0  0  1
 1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0  -1  0  0   1  0  0

   C2        sgd       C3        S6        C4        S4  
--------  --------  --------  --------  --------  --------
-1  0  0   1  0  0   0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0
 0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1   0  0 -1   0  0  1
 0 -1  0   0  1  0   1  0  0  -1  0  0   0  1  0   0 -1  0

Character table:

 1 (   0.009): T1u
    3.000 -3.000  1.000 -1.000 -1.000  1.000  1.000 -1.000
   -1.000  1.000 -1.000  1.000 -1.000  1.000 -1.000  1.000
    0.000 -0.000 -1.000  1.000 -0.000  0.000  1.000 -1.000
    0.000 -0.000 -1.000  1.000 -0.000  0.000  1.000 -1.000
    0.000 -0.000  1.000 -1.000 -0.000  0.000 -1.000  1.000
   -0.000  0.000 -1.000  1.000  0.000 -0.000  1.000 -1.000

 4 (  49.038): T1u
    3.000 -3.000  1.000 -1.000 -1.000  1.000  1.000 -1.000
   -1.000  1.000 -1.000  1.000 -1.000  1.000 -1.000  1.000
    0.000 -0.000 -1.000  1.000 -0.000  0.000  1.000 -1.000
    0.000 -0.000 -1.000  1.000 -0.000  0.000  1.000 -1.000
    0.000 -0.000  1.000 -1.000 -0.000  0.000 -1.000  1.000
   -0.000  0.000 -1.000  1.000  0.000 -0.000  1.000 -1.000

 7 (  52.863): T2g
    3.000  3.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000
   -1.000 -1.000  1.000  1.000 -1.000 -1.000  1.000  1.000
    0.000  0.000  1.000  1.000 -0.000 -0.000 -1.000 -1.000
   -0.000 -0.000  1.000  1.000  0.000  0.000 -1.000 -1.000
    0.000  0.000 -1.000 -1.000  0.000  0.000  1.000  1.000
    0.000  0.000  1.000  1.000 -0.000 -0.000 -1.000 -1.000

                _
  ___ _ __   __| |
 / _ '_ / _` |
|  __/ | | | (_| |
 ___|_| |_|__,_|

（）

问答：

hy：

      您好！

      最近在处理一个结构，该结构在低压段和高压段会转化成另外一个结构，但声子谱计算时，在整个压力范围内，该结构是动力学稳定的。因此，想得到与你上次展板中相似声子软化图形，以进一步证实结构在低压段和高压段会发生相变。

      请问利用Phonopy如何处理并得到声子软化的图形？ 你手头上有相关资料的话，能否共享下？

      顺祝，

周末愉快！

XQ:

   你好！

 首先某个亚稳态结构的声子谱也可能是没有虚频的。也就是你提到的那个已经发生相变的结构，在整个压力区间都是动力学稳定的。
 其次晶格动力学分析声子软化需要以下三步：
1、如果使用超胞方法计算声子谱，那么将自洽计算得出的数据用phonopy软件分析，具体可参见phonopy的使用手册。上面有关于分析gamma点声子振动模式和频率的相关命令。
2、将phonopy分析的结果与实验文献中拉曼散射的数据进行比照，检验计算结果。
3、分析每个压力点的具有拉曼活性的声子振动模式的频率，做出一条频率关于压强的函数曲线，观察曲线的变化，是否在相变点处有声子软化。
 如果有什么问题，请及时交流。希望上述心得对你的研究有所帮助。
祝工作顺利
解读与分析1
       晶格振动可以近似为简谐振动，用一个相对简单的物理模型，通过求解经典牛顿运动方程来得到晶格振动的规律，即得到振动频率w和波数q的关系（色散关系）。
     1）对于单原子晶体，比如Si ，它们振动相对简单，色散曲线只有一条振动频率较低的声学支。
     2）对于双原子晶体，如SiC ，它的振动有两种情况（包含两支）：
     a）Si 和C 原子振动方向一致，表现为色散曲线有一条声学支。
     b）Si 和C 原子振动方向相反，表现为色散曲线有一条光学支（注：单原子晶体相邻原子方向相反的振动可以认为是波数q不同； 色散图中，对于相同q的两支，光学支的w均高于声学支的）。
     以上讨论的是简单的单原子链情形，对于三维周期性结构的晶体，波数q是一个空间矢量，所以，色散图一定会给出确定的q的方向（比如 1 1 0）；一般选典型的对称轴方向，这时的格波还分为纵波和横波（即一个支包含纵横两个波）。
关于分析出纵模和横模，参考它们的定义：
http://valenhou.blog.edu.cn/2005/133237.html
根据每个振动频率所对应的振动矢量与波矢的关系来分析振动模式。
你直接把文献的出处贴出来更好。这个表里没有解释translational，librational，internal

这些内容在固体物理书里都有详细的介绍，在晶格振动那一章。其中的具体推导不用看，知道它的意义就行了。
在quantum-espresso的matdyn.x或dynmat.x 是可以把振动频率的对称性表输出来的。
你直接把文献的出处贴出来更好。这个表里没有解释translational，librational，internal

已经用VASP算了Gamma点的振动频率了。得到DYNMAT包含了振动方向和强度，但是不知道如何用vesta或者 xcrysden方便的图形化显示出来~

还没有研究过vasp的DFPT方法，里面有考虑LO-TO修正吗？不过既然DYNMAT有简正模式的话，应该是可以的。

特征标表：

1.3 MgB2 characters of ireducible representations
% phonopy -f vasprun.xml-{001,002}
% phonopy --dim="3 3 2" --ct="0 0 0"
_
_ __ | |__ ___ _ __ ___ _ __ _ _
| ’_ | ’_ / _ | ’_ / _ | ’_ | | | |
| |_) | | | | (_) | | | | (_) || |_) | |_| |
| .__/|_| |_|___/|_| |_|___(_) .__/ __, |
|_| |_| |___/
1.6.2
Character table mode
Settings:
Supercell: [3 3 2]
Spacegroup: P6/mmm (191)
Calculating force constants...
-----------------
Character table
-----------------
q-point: [ 0. 0. 0.]
Point group: 6/mmm
Original rotation matrices:
1 2 3 4 5 6
-------- -------- -------- -------- -------- --------
1 0 0 -1 0 0 1 -1 0 -1 1 0 0 -1 0 0 1 0
0 1 0 0 -1 0 1 0 0 -1 0 0 1 -1 0 -1 1 0
0 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 0 -1
7 8 9 10 11 12
-------- -------- -------- -------- -------- --------
-1 0 0 1 0 0 -1 1 0 1 -1 0 0 1 0 0 -1 0
0 -1 0 0 1 0 -1 0 0 1 0 0 -1 1 0 1 -1 0
0 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 0 -1

手册解读：command options1.6.4

Some of command-line options are equivalent to respective setting tags:
• --anime (ANIME)
• --ct (CHARACTER_TABLE)
• --dim (DIM)
• --mp, --mesh (MP)
• --band (BAND)
• --band_points (BAND_POINTS)
• --band_connection (BAND_CONNECTION = .TRUE.)
• --eigvecs, --eigenvectors (EIGENVECTORS = .TRUE.)
• --fits_debye_model (DEBYE_MODEL = .TRUE.)
• --gc, --gamma_center (GAMMA_CENTER)
• --modulation (MODULATION)
• --pa, --primitive_axis (PRIMITIVE_AXIS)
• --readfc (FORCE_CONSTANTS = READ)
• --sigma (SIGMA)
• -t (TPROP)
• --tmin (TMIN)
• --tmax (TMAX)
• --tstep (TSTEP)
• --writefc (FORCE_CONSTANTS = WRITE)
When both of command-line option and setting tag for the same purpose are set simultaneously, the command-line

options overide the setting tags.

手册解读：Command options1.8.3:

Some of command-line options are equivalent to respective setting tags:

  • --amplitude (DISPLACEMENT_DISTANCE)

  • --anime (ANIME)

  • -d  (CREATE_DISPLACEMENTS=.TRUE.

  • --dim (DIM)

  • --mp, --mesh (MP)

  • --band (BAND)

  • --band_points  (BAND_POINTS)

  • --band_connection  (BAND_CONNECTION=.TRUE.)

  • --cutoff_freq (CUTOFF_FREQUENCY)

  • --eigvecs, --eigenvectors (EIGENVECTORS=.TRUE.)

  • --fits_debye_model (DEBYE_MODEL=.TRUE.)

  • --gc, --gamma_center (GAMMA_CENTER)

  • --gv, --group_velocity (GROUP_VELOCITY=.TRUE.)

  • --gv_delta_q (GV_DELTA_Q)

  • --irreps (IRREPS)

  • --show_irreps (SHOW_IRREPS)

  • --modulation (MODULATION)

  • --nac (NAC=.TRUE.)

  • --nosym (SYMMETRY=.FALSE.)

  • --nomeshsym (MESH_SYMMETRY=.FALSE.)

  • --pa, --primitive_axis (PRIMITIVE_AXIS)

  • --pd, --projection_direction (PROJECTION_DIRECTION)

  • --pdos (PDOS)

  • --readfc (FORCE_CONSTANTS=READ)

  • --sigma (SIGMA)

  • -t (TPROP)

  • --td (TDISP)

  • --tdm (TDISPMAT)

  • --thm, --tetrahedron_method (TETRAHEDRON)

  • --tmin (TMIN)

  • --tmax (TMAX)

  • --tstep (TSTEP)

  • --writedm (WRITEDM=.TRUE.)

  • --writefc (FORCE_CONSTANTS=WRITE)

When both of command-line option and setting tag for the same purpose are set simultaneously, the command-line options overide the setting tags



网络摘录：可视化

VASP计算频率后，如何图形化显示振动矢量？

http://muchong.com/html/201112/3832785.html

我在VESTA中用手动输入的方式，按照OUTCAR中给出的振动偏移量输入可以得到振动矢量分布。
看到PWSCF的振动可以用XCRYSDEN分析现实，那么 VASP的结果是不是也可以呢？请问如何实现？这个是否跟DYNMAT文件有关？
DYNMAT结果如何图形化显示？
DYNMAT第一行三个数字，第一个数字3表示有三个元素，第二个数字84表述POSCAR中原子总个数，第三个数字15表示振动项个数。
第二行三个数字分别表示POSCAR中三个元素的原子量

DYNMAT文件头


phonopy+vasp计算生成的anime.ascii文件怎么查看原子振幅，如下图是如何画出来的？

http://muchong.com/html/201508/9276695.html


phonopy+vasp计算生成的anime.ascii文件可以查看中心点各个原子对应频率下的振动情况。针对某一频率原子的振动幅度大小怎么去量化，有没有哪位前辈做过这样的事情。
下面是两个问题：
1、下面图1来自于文献中通过phonopy+vasp方法计算的结果，其中原子平均振幅不知道怎么得到的，想要请教下前辈方法。
2、图2 我猜测是根据anime.ascii看到的原子振动情况画的图，想要请教下这个图是怎么画出来的。

1.png

1.png

2.jpg



https://blog.sciencenet.cn/blog-567091-780481.html

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