北鯤教程 ｜不同壓強下ZnO的聲子譜計算及其收斂性測試 | 文末送100算力金啦
關注 2022年8月18日 14:30 瀏覽：3049
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通常對于一個經(jīng)費不是那么充足，即沒什么經(jīng)費的計算模擬課題組來說（我沒說我組，沒說），究竟整幾臺服務器是個大問題。服務器的使用又經(jīng)常會出現(xiàn)以組會為周期特征，以審稿意見為誘發(fā)因子的使用高峰期，和相應的低峰期，難以互補。故而云超算平臺就可以作為很好的潤滑劑來使用。因此，步入科研生活之初，我就遍求天下超算，終于發(fā)現(xiàn)了寶藏云——北鯤云。
北鯤云能夠基本滿足一切我等對超算的幻想，對于導師來說，最重要的肯定是便宜，便宜，和便宜 ；對于學生來說，最重要的則是簡單，簡單，傻瓜式的簡單。
前者我們可以在后續(xù)的計算中管窺一斑，后者，大家點開北鯤云的主頁注冊一下，登錄控制臺看一看就知道了。所有過程都是點一點、拖一拖，無腦式完成。并且注冊所贈送的算力金，真的夠計算出不少東西的。改變了我對超算存有過的偏見。
在本文中，我來做一系列簡單的聲子譜和分析，來為大家演示在寶藏云中一站式科研的全過程。對于材料模擬來說，確定它的動力學穩(wěn)定性是非常關鍵的一點。聲子譜G點下的小小虛頻，也是無數(shù)人的噩夢。但實際上即便是計算“出錯”的聲子譜，也是包含很多信息的，這一點我還尚在學習，將一點心得與此計算過程一切記錄下來。
我們來計算三維體材料ZnO在常壓下和19Gpa靜水壓下的聲子譜 ，每一個聲子譜計算對他進行k點的測試，最后我們將聲子譜對不同原子進行投影，進一步分析他的晶格振動情況。
分別對常壓下和19Gpa壓強下的ZnO進行結構優(yōu)化。
a) 建模：正巧在進行試算的時候重裝了系統(tǒng)，一時半會沒有MS用，所以建模則在北鯤云的windows工作站節(jié)點下運行。進行計算的是六角纖鋅礦結構Zn0（P63mc）
相當?shù)目犰牛埠芰鲿常瑢τ谖襾碚f，MS只用來建模，所以裝一個幾個G的東西，很劃不來 ，調用一個4核節(jié)點，一小時3毛2，我一度想嘗試安裝一個自定義軟件試試。（譬如荒野大鏢客）
a) 常壓優(yōu)化INCAR 與 晶格常數(shù)
晶格常數(shù)：3.165（a、b），5.106（c）
b) 190Gpa INCAR 與 晶格常數(shù)。
晶格常數(shù)：3.165（a、b），5.106（c）
我專門上vasp論壇看過，靜水壓的單位KB = 0.1Gpa。
(見附件，可以找大魚獲取)
對兩種晶格，按網(wǎng)傳的10埃米原理，進行3-4-2的擴胞，共96個原子。
對得到的超胞在1x1x1,2x2x2,3x3x3點網(wǎng)格下進行聲子譜計算，以查看其收斂情況。聲子譜輸入文件如下：
在進行1x1x1（即單G點）計算時，我們可以采取單G點版本來計算，以縮短計算時間。只要簡單的把提交任務腳本中的vasp_std 修改為 vasp_gam。(記得在計算更大k點的時候要調回來)，另外涂抹方案如-5，是不支持低k點計算的。
真正開展計算的時候，這96原子的單點計算，我調用了一個64核的節(jié)點，20分鐘左右就算完了，全部的六個算完拋去失誤算錯的部分只在百元附近。
a）在計算所得的聲子譜目錄下，調用phonphy，提取力常數(shù)
b）再編寫bond.conf文件，并鍵入命令，獲得band.yaml文件
BAND = 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.500000 0.333333 0.3333333 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
phonopy --dim="3 4 2" -c POSCAR-unitcell -p band.conf
c）此時，我們調用后處理神器vaspkit1.12，調用73-739,得到聲子譜在各原子中的權重。
可以看到三個k點所計算出的聲子譜基本疊在一起，不放大幾乎不能分辨，說明此時的收斂程度還是不錯的。在19Gpa壓強下，聲子譜的樣式并無太大變化，而是整體“升高”了許多，說明此時他還是穩(wěn)定的，某學報上刊登的文章計算出19Gpa下有圍繞在g點附近的小虛頻，我認為可能是收斂問題，或者是泛函問題。
這里的結果也說明，大多數(shù)情況下單G點的計算結果就能說明很多問題，所以我經(jīng)常先用單g點聲子譜計算粗略的試探其穩(wěn)定性。
e）我們進一步繪制投影聲子譜來分析不同原子的貢獻，我們用vaspkit提取出來的數(shù)據(jù)有
就是按POSCAR順序排布的，Zn,Zn,O,O的投影情況。每個文件前兩列為聲子譜圖像，后面為權重。此時我們只要選取一個Zn和O原子的文件，即1，3來畫投影圖即可。可將數(shù)據(jù)導入origin利用其權重氣泡圖功能，手搓半天繪制此圖。
但是，經(jīng)常面對大量材料的我們，手搓浪費生命，現(xiàn)在向大家介紹我針對vaspkit后處理結果所寫的外行看了嘬牙，新手看了嘆氣，老手看了腦淤血的后后處理python制圖腳本（上述普通聲子譜也是用這個腳本畫的，只要去掉散點圖部分，重復兩遍平平無奇部分）
此外，當我們面對虛頻時，我們還可以利用jmol查看虛頻振動模式，甚至去提取他的虛頻振動本征矢，來確定虛頻產(chǎn)生的振動方向，做一個微小的位移來進行能量曲線擬合，找到能量最小值的穩(wěn)定結果，稱為“凍聲子法”。
（腳本可以找大魚獲取）
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