前言

在諸多關(guān)于材料的理論計(jì)算中為了探究材料的熱學(xué)等性質(zhì)會(huì)計(jì)算該材料的聲子譜，為了證明這個(gè)材料在理論上具有穩(wěn)定性，會(huì)通過(guò)各種方式獲得一個(gè)沒(méi)有虛頻的聲子譜。根據(jù)筆者和諸多計(jì)算材料的研究者的經(jīng)驗(yàn)，部分結(jié)構(gòu)的材料，尤其是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)試獲得的材料，往往在低溫下使用簡(jiǎn)諧近似計(jì)算得到的聲子譜存在一個(gè)很難去除虛頻的聲子譜，但是帶有溫度的考慮非諧效應(yīng)的聲子譜時(shí)則會(huì)得到一個(gè)無(wú)虛頻的結(jié)果。同時(shí)，為了探究材料在高溫時(shí)所具有的聲子運(yùn)輸性質(zhì)，研究非諧性效應(yīng)，對(duì)于理論上和應(yīng)用上都具有非常大的意義。

本篇文章主要介紹使用VASP，phonopy，DynaPhoPy軟件計(jì)算考慮非簡(jiǎn)諧效應(yīng)的聲子譜，并和簡(jiǎn)寫近似的聲子譜進(jìn)行對(duì)比。

參考鏈接：

https://www.bilibili.com/read/cv16006272

https://zhuanlan.zhihu.com/p/201349872

https://github.com/wenlibin02/DynaPhoPy/ （官網(wǎng)）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/85827098

http://abelcarreras.github.io/DynaPhoPy???? （使用說(shuō)明）

計(jì)算流程

首先我們將需要計(jì)算的模型充分弛豫進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并通過(guò)phonopy擴(kuò)包，使用SPOSCAR計(jì)算得到其聲子譜。

這個(gè)過(guò)程中主要獲得0K時(shí)的聲子譜數(shù)據(jù)和力常數(shù)文件FORCE_CONSTANTS（DFPT方法，如果使用有限位移法計(jì)算的聲子譜，得到的力常數(shù)文件為FORCE_SETS，可通過(guò)DynaPhoPy作者所寫的腳本轉(zhuǎn)換為FORCE_CONSTANTS，腳本在DynaPhoPy軟件安裝包中的example文件夾內(nèi)）。

使用計(jì)算聲子譜時(shí)所擴(kuò)包得到的SPOSCAR進(jìn)行第一性分子動(dòng)力學(xué)模擬（AIMD），主要為得到OUTCAR和XDATCAR。

這里我的設(shè)置為300K，INCAR參數(shù)如下：

Global Parameters

? ISTART =? 0??????????? (Read existing wavefunction; if there)

? # ISPIN =? 2?????????? (Spin polarised DFT)

? # ICHARG =? 11???????? (Non-self-consistent: GGA/LDA band structures)

? LREAL? = Auto????????? (Projection operators: automatic)

? ENCUT? =? 600?????? (Cut-off energy for plane wave basis set, in eV)

? PREC?? =? Normal?????? (Precision level)

? LWAVE? = .FALSE.??????? (Write WAVECAR or not)

? LCHARG = .FALSE.??????? (Write CHGCAR or not)

? ADDGRID= .TRUE.??????? (Increase grid; helps GGA convergence)

Electronic Relaxation

? ISMEAR =? -1??????????? (fermi smearing for considering electron temperature)

? SIGMA? =? 0.02585201664 (electron temperature setting kb*T)

? EDIFF? =? 1E-05

? IALGO = 38

? NELMIN = 4

Molecular Dynamics

? IBRION =? 0??????????? (Activate MD)

? NSW??? =? 20000???????? (Max ionic steps)

? EDIFFG = -1E-03??????? (Ionic convergence; eV/A)

? POTIM? =? 1??????????? (Timestep in fs)

? SMASS? =? 0??????????? (MD Algorithm: -3-microcanonical ensemble; 0-canonical ensemble)

? TEBEG? =? 300???? (Start temperature K)

? TEEND? =? 300?? (Start temperature K)

? MDALGO =? 2???????? (Andersen Thermostat)

? ISYM?? =? 0????????? (Symmetry: 0=none; 2=GGA; 3=hybrids)

? ISIF = 2

這里尤其要注意NSW的設(shè)置，盡量設(shè)置的大一點(diǎn)，依據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，NSW/1000的數(shù)值應(yīng)該大于原胞的總原子數(shù)，具體取多少可以自行測(cè)試。

然后設(shè)置一個(gè)input文件，這個(gè)文件名可以自定義，主要內(nèi)容如下：

?

STRUCTURE FILE POSCAR

POSCAR-afterlr #結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的POSCAR

?

FORCE CONSTANTS

FORCE_CONSTANTS_443 #力常數(shù)文件

?

PRIMITIVE MATRIX #原胞與晶胞的基矢轉(zhuǎn)換矩陣

1.0 0.0 0.0

0.0 1.0 0.0

0.0 0.0 1.0

?

SUPERCELL MATRIX #擴(kuò)胞系數(shù)

4 0 0

0 4 0

0 0 3

?

MESH PHONOPY #網(wǎng)格 默認(rèn)40

40 40 40

?

BANDS #高對(duì)稱點(diǎn)

? 0.3333333333?? 0.3333333333?? 0.0000000000?????? 0.0000000000?? 0.0000000000?? 0.0000000000

? 0.0000000000?? 0.0000000000?? 0.0000000000??????? 0.5000000000?? 0.0000000000?? 0.0000000000

?? 0.5000000000?? 0.0000000000?? 0.0000000000??????? 0.3333333333? ?0.3333333333?? 0.0000000000

?? 0.3333333333?? 0.3333333333?? 0.0000000000????? 0.3333333333?? 0.3333333333?? 0.5000000000

? 0.3333333333?? 0.3333333333?? 0.5000000000?????? 0.0000000000?? 0.0000000000?? 0.5000000000

?? 0.0000000000?? 0.0000000000?? 0.5000000000???? 0.5000000000?? 0.0000000000?? 0.5000000000

?? 0.5000000000?? 0.0000000000?? 0.5000000000???? 0.3333333333?? 0.3333333333?? 0.5000000000

?

如果你可以跳過(guò)終端連接軟件（比如Xshell等）直接操作服務(wù)器或電腦主機(jī)，意思就是可以看到窗口彈出的圖像顯示，那么可以使用下面這個(gè)命令進(jìn)如操作窗口，并獲得程序彈出的數(shù)據(jù)和圖像。

dynaphopy INPUT OUTCAR -i

這時(shí)我們?yōu)榱双@得考慮了非諧性的聲子譜的數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行以下命令：

dynaphopy input_file TRAJECTORY -sfc FORCE_CONSTANTS

?

input_file就是剛才我們所寫的input文件的名稱，TRAJECTORY文件在VASP計(jì)算中則使用OUTCAR或XDATCAR替換，在lammps的計(jì)算中則使用其軌跡文件。此時(shí)，則寫入了考慮非諧性計(jì)算的力常數(shù)FORCE_CONSTANTS。（可自定義文件名稱，但建議使用這個(gè)）

然后我們使用phonopy依據(jù)這個(gè)導(dǎo)出數(shù)據(jù)并繪圖。計(jì)算聲子譜圖像和數(shù)據(jù)導(dǎo)出的命令因個(gè)人習(xí)慣而定。