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二维材料声子谱讨论

作者 hstommy
来源: 小木虫 2300 46 举报帖子
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目前我研究的体系是cuinp2se6,aginp2se6这类的范德华层状块体材料,想要剥离出单层优化出稳定的具有铁电性质的结构,当然了这少不了声子谱的稳定性验证,然而最近尝试两周多,实在是把我搞烦了,因为声子谱总有虚频。
我的单胞结构是个六角晶胞,例如:
aipse
1.0
        6.5401000977         0.0000000000         0.0000000000
       -3.2700500488         5.6638928279         0.0000000000
        0.0000000000         0.0000000000        30.0000000000
   se   ag   in    p
    6    1    1    2
direct
     0.321509987         0.336959988         0.053199999
     0.663040042         0.984549999         0.053199999
     0.015450001         0.678490043         0.053199999
     0.663290024         0.679000020         0.172220007
     0.320999980         0.984290004         0.172220007
     0.015709996         0.336709976         0.172220007
     0.666666687         0.333333343         0.112850003
     0.000000000         0.000000000         0.112650000
     0.333333343         0.666666687         0.074589998
     0.333333343         0.666666687         0.150830001(优化精度为10-8ev与10-4ev/a)
而vasp加上phonopy的两种方法都已经尝试过,一个是产生一大堆带有位移的结构做单点计算(我的体系还只有p3对称性,每个体系需要算20个),另外一个是dfpt+phonopy的方法,感觉算二维材料声子谱是个极其吃力不讨好的活,比如我发现:
二维材料声子谱讨论
1. 不论是有限位移法计算,还是dfpt方法,足够大的晶胞都是至关重要的,附件中就有同一体系晶胞逐渐扩大的计算,整体趋势是越来越好的,但是还不够,不过要算5*5的计算已经要炸了(250个原子,再用有限位移法算20个结构),目前5*5超胞与6*6超胞的结果都有,不过是单gamma点的,整体上说趋势在变好,然而不可能再7*7了。
2. 优化结构时对于单层我加了d3,因为这个体系金属原子与骨架之间确实有不少的非键作用,然而对于vasp计算,vasp的dfpt方法根本不支持加d3,而有限位移法(本质上是自洽计算)可以算d3,加不加这个参数会不会有影响呢?
3. 之前为了算得动大体系,写了很多能够加快计算速度的参数,例如降低encut值(降低很多),提高sigma值,以及设置lreal为auto,然而这些参数都不能加,会使得出现全倒空间的虚频,或是gamma点附近非常大的虚频,phonopy手册给的例子(dfpt)是:
prec = accurate   #与normal计算量差别不大,建议accurate
encut = 500   #不能太小
ibrion = 8
ediff = 1.0e-08
ialgo = 38  #dav方法收敛困难,是不是可以用algo=fast?
ismear = 0; sigma = 0.05 #如果不是单gamma点,个人还是倾向于使用ismear = -5
lreal = .false. #不能用auto或者true,在dfpt计算中vasp会给warning,而有限位移法计算结论不对。
addgrid = .true. #计算量不会增加太多,建议加上
lwave = .false.
lcharg = .false.

4. gamma点附近的虚频就是za模式,浏览了小木虫发现二维材料计算很容易出现这个问题,更糟糕的是如果是硅烯,黑鳞烯之类扩晶胞还算比较容易,我这个一个胞十个原子真的很要命了!(不过测试了计算的极限,目前是6*6的胞共360个原子,电子自洽步一个小时一步,核数为72核。)
5. 计算量是个大问题!目前对于4*4,5*5只能算的动单gamma点,且用了vasp_gam(5.4.1)版本,如果k点还需要增加的话,那就更加要命了。

欢迎各位有二维体系声子谱计算经验的虫友们讨论一下:d,至于能不能算出来还得看我的5*5胞,单gamma点有限位移计算结果了(超巨大计算量):
system = aipse
istart = 0 ; icharg=2
encut  =   600
prec = accurate
ismear = 0, sigma = 0.05 #增加k点后打算改为ismear=-5
algo = fast
lwave = .false.
lcharg = .false.
ediff = 1.0e-8
lmaxmix = 4
ncore = 6
ivdw = 11
addgrid=.true.


追加: 5*5 虚频情况比4*4好一些,4*4虚频情况比3*3好一些,斗胆算一个6*6,用周末时间算了一个,不是很尽人如意。
参数的一些调整: prec取accurate与addgrid取true对gamma点虚频影响还是不小的,在弹性常数计算算声子谱时就能体会出来,并且会有效减少虚频负值的大小,不过对虚频的宽度减少帮助不大。
接下来尝试,晶胞为5*5的超胞,不仅仅使用单gamma点,而是使用3*3*1的k点,vasp从vasp_gam改为vasp_std,原先为ismear = 0,现在可以改为ismear = -5 ,再进行一个尝试吧!
要不然就没有什么再好的方法了!

贴一个目前最好的声子谱图,AIPSe,6*6超胞计算出来的:
二维材料声子谱讨论-1
[ last edited by hstommy on 2018-11-17 at 11:14 ]

[ last edited by hstommy on 2018-11-17 at 11:18 ]

[ last edited by hstommy on 2018-11-20 at 17:06 ]

[ Last edited by hstommy on 2018-11-24 at 10:34 ]

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  • 精华评论
  • hstommy

    PS.        验证铁电相结构一个非常重要的东西就是声子谱,如果算出来铁电相结构没有虚频,而假想的高对称性结构有虚频,沿着虚频的位移模式运动正好能变为铁电相,就非常完美了。
        PSS.      二维材料很火,做的人也不少,完全可以把每个人的经验整合一下,这样有助于长江后浪推前浪。
        PSSS.    大体系计算(160个原子,250个原子),不论是DFPT计算,还是有限位移法,都是非常消耗内存的,算出来声子谱有虚频不是最沮丧的,算到一半任务挂了才是最沮丧的,有条件的应该买一些比较新的集群,以防这种大体系大规模计算的发生。(ab-initio MD计算,能带HSE计算或是我不是很懂的光学性质计算都属于此类,另外最近钙钛矿材料也挺火的,那个计算量也很可怕)
        PSSSS.  但愿我能顺利过关,没有虚频,有什么好的建议也尽管提出。

  • xiewuhua

    楼主,我简单答一下。你这个体系只存在一点点虚频,完全可以采用更高的计算精度来消除。我觉得先试试2*2或者3*3的超胞,计算精度取accurate;如果实在不行再扩大晶胞。最后我先自己试试用FHI-aims来计算声子谱,如果有好的结果咱们再私聊。

  • yanbodr



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