VASP signifie Vienna Ab initio Simulation Package (Le manuel VASP – Wiki VASP) est un programme informatique pour la modélisation de matériaux à l'échelle atomique à partir de principes de base, tels que les calculs de structure électronique et la dynamique moléculaire mécanique quantique.

PhonopieBienvenue sur phonopy — Phonopy v.2.37.1) est une boîte à outils Python permettant de calculer les structures de bandes de phonons, les propriétés thermiques, les vitesses de groupe et d'autres quantités liées aux phonons aux niveaux harmonique et quasi-harmonique.

Dans l'approximation harmonique simple, la capacité thermique spécifique partagée par les phonons estDérivation spécifiqueVous pouvez le découvrir sur le site officiel de Phonopy.

Contenu du tutoriel

Ce tutoriel utilisera un script automatisé pour démontrer le processus de calcul à l'aide de Phonopy. Grâce à ce tutoriel, vous apprendrez le processus de base du calcul de la capacité thermique spécifique :

Préparer la structure de supercellule à différence de perturbation
Calculer l'énergie totale de toutes les structures
Calculer la matrice des constantes de force
Calcul de la capacité thermique spécifique du silicium à partir de la matrice des constantes de force

Fichier d'entrée

Le fichier d'entrée contient

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

cellule unitaire POSCAR

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

clean.sh

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

exécuter.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
##########################

exécuter_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

Fichiers dans le dossier pt

Calcul statique standard INCAR

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)

KPOINTS

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

POTCAR

La combinaison pseudopotentielle des éléments correspondants du système, ici le pseudopotentiel de Si

Commencer

1. Cloner le conteneur

Recherchez le répertoire de travail du didacticiel et clonez le conteneur

2. Installer le conteneur

Sélectionnez 4090 — Payez à l'utilisation — vasp 6.3.0-cuda11.8 — Espace de travail

Après le chargement, ouvrez l'espace de travail

Ouvrir le terminal

Décompressez le paquet

unzip Cv_dft.zip

Entrez dans le répertoire

cd Cv_dft

Téléchargez le pseudopotentiel de silicium préparé

Ici vous pouvez utiliserExemple de site Web officielMettre le pseudopotentiel POTCAR dans le répertoire

3. Installer l'environnement phonopy

Entrez la commande suivante pour installer l'environnement phonopy

conda install -c conda-forge phonopy

Entrez ensuite y et appuyez sur Entrée pour accepter l'installation

4. Exécutez le script

Exécutez le script en tapant :

chmod 777 *.sh

./run.sh

5. Consultez le graphique « Chaleur spécifique vs température »

Le résultat final calculé sera affiché au format PDF

Voir le fichier thermal_properties.pdf

Nous pouvons voir dans le terminal que la capacité thermique spécifique finit par être de 48,8006881 J/K/mol.

Ici, nous devons convertir les unités en unités courantes J/K/kg. Il y a 2 atomes dans la cellule unitaire ici, et la masse molaire de la cellule unitaire est de 0,056 kg/mol. Faisons une conversion simple :

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

On peut constater que les résultats finaux sont cohérents avec le document "Étude des propriétés thermiques des monocristaux de silicium basée sur la dynamique du réseau (I) - Dynamique du réseau et chaleur spécifique" est cohérent avec le résultat de 888,03 J/K/kg.