1. Phonopy 简介

Phonopy 是一个由 python 实现的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。

2. Phonopy 的安装

phonopy 主要由 python 开发，其中的找晶体空间群功能是由 C 语言(spglib)实现。在安装 phonopy 时需要安装以下它所依赖的软件包：

Python 的开发包

numpy , numpy-dev

matplotlib

python-lxml

python-yaml

如果是使用的 Ubuntu/Debian 系统只需：

sudo aptitude install python-dev python-numpy

python-matplotlib python-tk python-lxml python-yaml

如果是 OpenSUSE 则可以去 http://software.opensuse.org/search 搜索下载安装相关软件包。

去 https://sourceforge.net/projects/phonopy/ 下载 phonopy 的最新软件包.

解压后进入 软件包的 c 目录，

su

python setup.py install

编译安装所需要的 python 模块。

将 PATH/phonopy-0.6.1 $PATH 里：

比如：

export PATH=~/opt/phonopy-0.6.1:$PATH

3. Phonopy 的简单使用

下面我以 BC5 为例说明如何和 VASP 做接口计算声子谱：

a, 建立超胞

准备 POSCAR 文件

单胞和原胞都可以

准备 INPHON 文件

ATOM_NAME = B C

NDIM = 2 2 1

LSUPER = .TRUE.

简单说明：

第一行为原子符号名 B C ，注意要和 POSCAR 中的顺序相同。

第二行为要建的超胞的维数。

第三行是指要建立移动原子的 POSCAR.

然后输入命令：

phonopy.py

就会输出 DISP, POSCAR-* (001, 002, 003, …)

在本例出会输出 12 个 POSCAR-*, 依次为 POSCAR-001,…POSCAR-012

b, 计算力常数

将这些 POSCAR-* 做 SCF, 将输出文件 vasprun.xml 保存下来。

我的计算脚本为：

#!/bin/sh

for a in 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

do

cp POSCAR-0$a POSCAR

/opt/intel/impi/3.1/bin64/mpiexec -n 8 /share/apps/vasp/bin/vaspmpi_mkl10_O1 >>out.vasp 2>>err.vasp &

wait

cp vasprun.xml vasprun.xml-0$a

done

我的 INCAR 为：

SYSTEM = BC5

PREC = Accurate

ENCUT = 520

EDIFF = 1e-5

NSW = 0

ISMEAR = 0

SIGMA = 0.05

LCHARG = FALSE

LWAVE = FALSE

这样计算结束后会得到 vasprun.xml-001, …, vasprun.xml-012

然后，执行命令：

phonopy.py -f vasprun.xml-*

就会得到文件 FORCES

c, 得到声子谱

有了文件 FORCES 后就可以计算声子谱了，这时将 INPHON 改为以下内容：

ATOM_NAME = B C

NDIM = 2 2 1

ND = 7

NPOINTS = 51

QI = 0.0 0.0 0.5 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0 0.5

QF = 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.5

简单说明：

ND 是指有几条路径；

NPOINTS 是指在每两个高对称性点间插入多少个点，包括边界；

QI 和 QF 给出路径的起始和结束点。

其中我用的 Q 点顺序为：

0.0 0.0 0.5 Z

0.0 0.5 0.5 T

0.0 0.5 0.0 Y

0.0 0.0 0.0 G

0.5 0.5 0.0 S

0.5 0.0 0.0 X

0.5 0.0 0.5 U

0.5 0.5 0.5 R

执行 命令

phonopy.py -p

即可画出声子谱， 如果执行

phonopy.py -p -s

即可将声子谱曲线保存为 PDF 文件。

其中 声子谱的数据是以 yaml 格式保存在 band.yaml 里的。

如果你想用 Origin, Qtiplot, Xmgrace 等工具画图的话，可以用我写的 python 脚本，readband.py (http://www.zhuli.name/file/readband.py) 将 band.yaml 转换一下，输出文件有两个 band.dat, qpoint.dat.

其中 band.dat 是声子谱数据， qpoint.dat 是高对称性点的数据。

以上只是 phonopy 的其本用法，如果要计算声子态度度和热力学性质的话可以参考

http://phonopy.sourceforge.net 上的文档，还是比较简单的。