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ice_rain

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[资源] 【讨论】NEB寻找过渡态专题讨论

本人在论坛发的投票贴http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1741257得到大家的支持。首先谢谢大家，也希望大家大力支持，积极讨论。

今天先做个NEB的专题，希望大家积极提问讨论。完善这个NEB的专题，做一个程序应用的入门贴。

NEB寻找过渡态专题讨论

概念解释：
NEB（nudged elastic band）是一种已知反应物和产物来寻找鞍点和最小能量路径的方法。用NEB可以计算其扩散路径或扩散势垒、过渡态。NEB方法集合了LUP与PEB方法的优点，其函数形式基于PEB。从PEB方法的讨论可以看出，弹簧势是必须的，它平行于路径切线（R(i)-R(i-1)与R(i+1)-R(i)矢量和的方向）的分量保证结构点均匀分布在MEP上来描述它；但其垂直于路径的分量造成的弊端也很明显，它改变了这个方向的实际的势能面，优化后得到的MEP'就与真实的MEP发生了偏差，造成corner-cutting问题。解决这个问题很简单，在NEB中称为nudge过程，即每个点在平行于路径切线上的受力只等于弹簧力在这个方向分量，每个点在垂直于路径切线方向的受力只等于势能力在此方向上分量。这样弹簧力垂直于路径的分量就被投影掉了，而有用的平行于路径的分量完全保留；势能力在路径方向上的分量也不会再对结构点分布的均匀性产生影响，被保留的它在垂直于路径上的分量将会引导结构点地正确移动。这样优化收敛后结构点就能正确描述真实的MEP，矛盾得到解决。弹簧力常数的设定也比较随意，不会再对结果产生明显影响。但是当平行于路径方向能量变化较快，垂直方向回复力较小的情况，NEB得到的路径容易出现曲折，收敛也较慢，解决这一问题可以引入开关函数，即某点与两个相邻点之间形成的夹角越小，此点就引入更多的弹簧势垂直于路径的分量，使路径不易弯曲而变得光滑，但也会带来一定corner-cutting问题。也可以通过将路径切线定义为每个点指向能量更高的相邻点的方向来解决 [1]。具体可参看参考文献[1]

如何用vasp 计算过渡态

1.关于vasp4.6版本
Elastic band method
VASP.4.X支持 Elastic band 方法计算能垒。INCAR, KPOINTS, POTCAR三个vasp文件必须放到vasp运行目录下。另外，创建一组命名为00 01……0N+1的子文件夹放到vasp运行目录，并且每个子文件夹下放一个POSCAR文件。（用vasp计算能垒的基本步骤完成）
INCAR文件设置：（几个特定参数）
IMAGES= number of images
设置image的个数，注意节点数一定要能被images数整除。Vasp将节点分成images个组，第一个组从01子目录中读取POSCAR，以此类推，第二个组从02子目录下读取POSCAR。在Elastic band 方法中一定要固定两端点（Endpoint），而EndPoints放在00 和XX子目录中，（XX=number of images+1）所有的输出文件都放在子目录中，因为vasp没有在00 和XX子目录下执行，所以没有输出文件产生。
SPRING=-5 （具体说明可以参看vasp 说明书)

几个POSCAR文件如何得到。首先优化体系的初态和末态的结构。用得到的结构两个POSCAR文件得到你另外的images个POSCAR。可以用interpolatePOS 脚本完成[2]。或者nebmake.pl 脚本完成[3]
本人水平有限翻译不准，具体可以参看[2]

2.CI-NEB[4]
nudged elastic band （NEB）是搜素已知反应物和产物之间的能垒和最小反应路径的一种方法。这个方法工作的原理是沿着反应路径上的中间images的优化。每个image 找到可能的最低能量并且保持相邻image等距离。
与vasp的不同之处。climbing image（CI）没有在vasp中实现。所以如果用CI-NEB必须在原vasp基础上加入新的代码重新编译。具体的编译过程和vasp编译一样。编译可以参看[5]INCAR文件设置：LCLIMB=.TRUE. 具体的参数设置参看[4]
而其他的设置和计算过程和vasp是相同。

后期数据的处理。
(1)具体可以参看[4]给出的脚本进行处理。
(2)频率的验证。

几个问题的讨论
本人是学物理的，而过渡态研究化学的东西比较多。所以学习中肯定遇到很多问题，现在我也就是只能计算。具体的如何算才能省力和合理不是很清楚。
(1)images取多少个合适。
(2)频率如何验证。

参考文献
[1] http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=273042
[2] http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/node149.html
[3] http://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/scripts/
[4] http://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/neb/
[5] http://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/downloads/
[6] http://blog.chinaunix.net/u3/104783/showart_2089718.html

[ Last edited by ice_rain on 2010-6-8 at 01:11 ]

设置image的个数，注意节点数*核心数一定要能被images数整除

[ Last edited by ice_rain on 2012-7-8 at 11:15 ]

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