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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 第一性原理 » Vasp&MedeA » 第一性原理计算 EOS拟合优化晶胞
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Cythia_cd4

新虫 (初入文坛)

[求助] 第一性原理计算 EOS拟合优化晶胞 已有1人参与

对于EOS拟合优化晶胞一直存在着很多疑问：
1. 大师兄的教程是计算不同体积晶胞的单点能(ISIF=2, NSW=0)，将获得的能量和体积进行BM方程拟合来获得平衡晶格常数；
2. 侯柱峰老师的方法是对不同体积的晶胞先进行一次离子弛豫（ISIF=2, 4或5），之后再进行静态计算；最后静态计算得到的能量再和体积进行BM方程拟合；
*************
    这两种方法的区别主要在于原子弛豫的顺序，那在计算当中我们应该选择哪种方法呢？
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1楼 2019-07-23 10:51:17
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卡开发发

专家顾问 (著名写手)

Ab Initio Amateur
原理上应该这么考虑，如果晶体处于稳定结构：
<1>能量E对每个原子的核坐标xN有(∂E/∂xN)=0；
<2>stress=0；
<3>如果仅考虑<2>取trace的情况，能得到体积Ω满足p=-(∂E/∂Ω)=0；

讨论：
1、NSW=0，EOS找极小的点只是能够满足条件<3>，无法满足条件<1>、<2>。唯一成立的条件是通过对称性能把晶格参数和3N个原子坐标降低到只有一个独立变量，比如Fe这种BCC或者Cu这样的FCC的简单格子，约束对称性的情况只有晶格长度a可以自由变化。
2、isif=2，NSW>0，只能满足条件<1>、<3>，此时对于三个长度参数任意或三个夹角任意的情况就不是很合理。成立的条件是能将晶格参数约化到一个独立变量，比如一般的立方晶格应该都行。
3、isif=4，我认为还算原理上合理。

如果只要最优晶格的情况，我觉得这些拟合方法也不算是很好的方法。比如我们去优化H2分子来得到平衡键长，你可以计算不同键长的H2然后拟合势能曲线来得到极小点，也可以通过给定某个结构的能量和力来通过优化算法确定极小点，通常后者肯定效率要更高一些。对于寻找最优晶格的情况，拟合EOS就是做E-V曲线找极小，但直接拟合需要计算很多点才能完成；这个问题本身就是个一维极小问题，通过一维线搜索算法可以更高效进行解决，而且不需要假定晶格的E-V曲线长什么样。如果晶格不是很复杂，直接用isif=3稳定的情况下应该更合适一些。
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2楼2019-07-23 22:53:23
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Cythia_cd4

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
2楼: Originally posted by 卡开发发 at 2019-07-23 22:53:23
原理上应该这么考虑，如果晶体处于稳定结构：
&lt;1&gt;能量E对每个原子的核坐标xN有(∂E/∂xN)=0；
&lt;2&gt;stress=0；
&lt;3&gt;如果仅考虑&lt;2&gt;取trace的情况 ...

非常感谢从原理出发进行了如此详细的解释！
不知道自己是否理解正确：
1. 对于ISIF的取值需要我们根据我们体系而定：对于只有一个参数（比如BCC,FCC简单格子只需要优化晶格长度a）我们可以用ISIF=2；对于有多个参数需要优化，ISIF=4或者5更为合理；
2. 对于NSW的取值还是有些许疑问：我们是否可以在优化晶格参数的时候先用NSW=0来固定原子位置；在用BM方程确定晶格参数后再进行一次离子弛豫；
*****
觉得自己对第一性原理计算理解得太浅显了，向您学习！
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3楼2019-07-24 08:48:49
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卡开发发

专家顾问 (著名写手)

Ab Initio Amateur
引用回帖:
3楼: Originally posted by Cythia_cd4 at 2019-07-24 08:48:49
非常感谢从原理出发进行了如此详细的解释！
不知道自己是否理解正确：
1. 对于ISIF的取值需要我们根据我们体系而定：对于只有一个参数（比如BCC,FCC简单格子只需要优化晶格长度a）我们可以用ISIF=2；对于有多个参 ...

1、原理上一般复杂的情况其实isif=3最方便，如果把H2分子的扫描和优化作为例子来看，isif=3相当于是那个优化，isif=4+EOS就相当于扫描；同样，做isif=5和做NSW=0的扫描也是这样的关系，但两者均缺乏原子弛豫，而isif=2与这两个正好相反，仅考虑了原子弛豫而不考虑晶格形状的变化。

2、NSW先优化晶格，可能得到的晶格对于当前离子分数坐标固定的情况是最优，在进行离子弛豫之后晶格就又不是最优的了，要找的点其实应该是两者同时都是最优。对于isif=4扫描体积的情况其实是一直约束原子坐标和晶格形状是最优的，所以才比较合理。
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4楼2019-07-24 15:11:06
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waveflying

新虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

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Pseudo-code

For (set of Volumes: equilibrium volume ±5%){
        Step 1          : Fixed Volume relaxation
        (IBRION = 2, ISIF=4, ENCUT = 1.3x ENMAX, LCHARG=.TRUE., NSW=100)
        Step 2→n-1: Second and following fixed Volume relaxation (until a threshold is crossed and the structure is relaxed in fewer than N ionic steps) (IBRION = 2, ISIF=4, ENCUT = 1.3x ENMAX, ICHARG=1, LCHARG=.TRUE., NSW=100)
        Step n : Static calculation (IBRION = -1, no ISIF parameter, ICHARG=1, ENCUT = 1.3x ENMAX, ICHARG=1, LCHARG=.TRUE., NSW=0)
}
Fit Volume-Energy to Equation of State.
Fixed volume relaxation at equilibrium volume. (With continuations if too many ionic steps are required.)
Static calculation at equilibrium volume
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5楼2019-07-24 16:22:32
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