VASP steht für Vienna Ab initio Simulation Package (Das VASP-Handbuch – VASP Wiki) ist ein Computerprogramm zur Materialmodellierung auf atomarer Ebene von Grund auf, wie etwa Berechnungen der elektronischen Struktur und quantenmechanische Molekulardynamik.

PhonopieWillkommen bei Phonopy — Phonopy v.2.37.1) ist ein Python-Toolkit zum Berechnen von Phononenbandstrukturen, thermischen Eigenschaften, Gruppengeschwindigkeiten und anderen Phononen-bezogenen Größen auf harmonischer und quasiharmonischer Ebene.

Unter der einfachen harmonischen Näherung beträgt die spezifische Wärmekapazität der PhononenSpezifische AbleitungSie können es auf der offiziellen Website von Phonopy ausprobieren.

Tutorial-Inhalte

In diesem Tutorial wird der Berechnungsprozess mit Phonopy anhand eines automatisierten Skripts demonstriert. In diesem Tutorial lernen Sie den grundlegenden Prozess der Berechnung der spezifischen Wärmekapazität kennen:

Vorbereiten der Störungsdifferenz-Superzellenstruktur
Berechnen Sie die Gesamtenergie aller Strukturen
Berechnen Sie die Kraftkonstantenmatrix
Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Silizium aus der Kraftkonstantenmatrix

Eingabedatei

Die Eingabedatei enthält

├── POSCAR-unitcell
├── clean.sh
├── run.sh
└── run_vasp.sh
├── pt
│   ├── INCAR
│   ├── KPOINTS
│   └── POTCAR

POSCAR-Einheitszelle

Si #硅结构
   5.38930000000000
     0.0000000000000000    0.5071343999939496    0.5071343999939496
     0.5071343999939496    0.0000000000000000    0.5071343999939496
     0.5071343999939496    0.5071343999939496    0.0000000000000000
   2
Direct
  0.8750000000000000  0.8750000000000000  0.8750000000000000
  0.1250000000000000  0.1250000000000000  0.1250000000000000

sauber.sh

#!/bin/bash
rm -r *.yaml thermal_properties.pdf
 band.yaml FORCE_SETS vasp poscar *out SPOSCAR 
# 删除不必要文件

ausführen.sh

#!/bin/bash
rm -r vasp poscar

#准备微扰差分超胞结构
##########################
phonopy -d --dim 2 2 2 --pa auto -c POSCAR-unitcell
mkdir poscar
mv POSCAR-unitcell pp
mv POSCAR-* poscar/
##########################


#计算所有结构的总能
##########################
mkdir vasp
cd vasp
Pnum=$(ls -l ../poscar/  -IR | grep "^-" | wc | awk -F ' ' '{print $1}')
cp ../run_vasp.sh .

t_head="for i in {1.."
t_tail="}"
sed -i "3c ${t_head}${Pnum}${t_tail}"  run_vasp.sh #生成 vasp 计算脚本

./run_vasp.sh
##########################

cd ../


mv pp POSCAR-unitcell

#计算力常数矩阵
##########################
phonopy -f vasp/*/vasprun.xml > pfcout
##########################

#根据力常数矩阵计算比热容
##########################
phonopy-load --mesh 31 31 31 -t -p -s
##########################

run_vasp.sh

#!/bin/bash
#计算 vasp 流程自动脚本
for i in {1..8}
do
rm -r $i
mkdir $i
cd $i
ii=$(printf "%03d" $i)
cp ../../poscar/POSCAR-${ii} POSCAR
cp ../../pt/* .
mpirun -n 1 vasp_std
cd ../

done

Dateien im Ordner pt

INCAR-Standardstatikberechnung

ISTART =  1            (若有波函数、读取波函数)
ISPIN  =  1            (非极化计算)

Static Calculation
ISMEAR =  0            (高斯占据)
SIGMA  =  0.05         (高斯展宽)
NELM   =  60           (最大电子步)
EDIFF  =  1E-08        (SCF 收敛精度)

KPUNKTE

K-Spacing Value to Generate K-Mesh: 0.040
0
Gamma
   4   4   4
0.0  0.0  0.0

POTCAR

Die Pseudopotentialkombination der entsprechenden Elemente des Systems, hier das Pseudopotential von Si

Erste Schritte

1. Klonen Sie den Container

Suchen Sie das Arbeitsverzeichnis des Tutorials und klonen Sie den Container

2. Container aufstellen

Wählen Sie 4090 – Pay as you go – vasp 6.3.0-cuda11.8 – Arbeitsbereich

Nach dem Laden öffnen Sie den Arbeitsbereich

Terminal öffnen

Entpacken Sie das Paket

unzip Cv_dft.zip

Geben Sie das Verzeichnis ein

cd Cv_dft

Laden Sie das vorbereitete Silizium-Pseudopotential hoch

Hier können SieBeispiel einer offiziellen WebsiteLegen Sie das Pseudopotential POTCAR in das Verzeichnis

3. Installieren Sie die Phonopie-Umgebung

Geben Sie den folgenden Befehl ein, um die Phonopy-Umgebung zu installieren

conda install -c conda-forge phonopy

Geben Sie dann y ein und drücken Sie die Eingabetaste, um der Installation zuzustimmen

4. Führen Sie das Skript aus

Führen Sie das Skript aus, indem Sie Folgendes eingeben:

chmod 777 *.sh

./run.sh

5. Sehen Sie sich das Diagramm „Spezifische Wärme im Vergleich zur Temperatur“ an

Das endgültige Berechnungsergebnis wird im PDF-Format ausgegeben

Sehen Sie sich die Datei thermal_properties.pdf an

Wir können im Terminal sehen, dass die spezifische Wärmekapazität letztendlich 48,8006881 J/K/mol beträgt.

Hier müssen wir die Einheiten in die gängigen Einheiten J/K/kg umrechnen. Hier befinden sich 2 Atome in der Elementarzelle und die Molmasse der Elementarzelle beträgt 0,056 kg/mol. Lassen Sie uns eine einfache Konvertierung durchführen:

48,8006881/0,056 J/K/kg = 871,4408589285714 J/K/kg

Es ist ersichtlich, dass die endgültigen Ergebnisse mit dem Papier übereinstimmen.Thermische Eigenschaften von Silizium-Einkristallen basierend auf der Gitterdynamik (I) - Gitterdynamik und spezifische Wärmekapazität" stimmt mit dem Ergebnis von 888,03 J/K/kg überein.