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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 » Siesta&Smeagol&Atk » 【求助】siesta中关于几何结构优化的问题【完结】
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zhangguangping

木虫 (著名写手)

[交流] 【求助】siesta中关于几何结构优化的问题【完结】已有8人参与

想请教一下关于siesta中关于几何结构的优化的问题。
我怎么感觉用siesta做几何结构的优化没有高斯做的快。一般siesta都要经过一百多个step都不一定达到收敛。
并且发现用算出来的结果与高斯差别还比较大。
我算了一个分子siesta的输入文件如下：
--------------------------
SystemName    saifen-saizuo-H-opt
SystemLabel   saifen-saizuo-H-opt

NumberOfSpecies   4
NumberOfAtoms 42

%block ChemicalSpeciesLabel
  1   1    H
  2   6    C   
  3   7    N
  4   16   S      
%endblock ChemicalSpeciesLabel


PAO.EnergyShift       200 meV

PAO.BasisType    split   
     
PAO.BasisSize    DZP

LatticeConstant   1.0 Ang

%block LatticeVectors
15.0000000    0.00000000    0.00000000
0.00000000   10.0000000     0.00000000
0.00000000    0.00000000   25.00000000
%endblock LatticeVectors


#kgrid_cutoff                        20. Ang   
                             
%block kgrid_Monkhorst_Pack  
  1   0   0    0.0           
  0   1   0    0.0           
  0   0   1    0.0           
%endblock kgrid_Monkhorst_Pack

# SPIN options

xc.functional         GGA             # Exchange-correlation functional
xc.authors            PBE             # Exchange-correlation version
SpinPolarized         F               # Logical parameters are: yes or no
FixSpin               F
TotalSpin             0.0   
NonCollinearSpin                   F                       # 'T', 'F'
MeshCutoff                               200. Ry                  # Equivalent plane wave cutoff for the grid


# SCF options

DM.Tolerance          1.d-4         # Tolerance in maximum difference between input and output DM
MaxSCFIterations       300          # Maximum number of SCF iter
DM.UseSaveDM           T            # to use continuation files
DM.MixingWeight       0.02          # New DM amount for next SCF cycle
DM.NumberPulay         5
DM.MixSCF1                               F
DM.PulayOnFile                           F                         # Store in memory ('F') or in files ('T')
# NeglNonOverlapInt                 T             # 'F'=do not neglect
SolutionMethod        Diagon         # OrderN or Diagon
ElectronicTemperature  300 K          # Temp. for Fermi smearing

# MD options

MD.TypeOfRun           CG            # Type of dynamics:
MD.VariableCell        F
MD.NumCGsteps          300           # Number of CG steps for coordinate optimization
ZM.UnitsLength          Ang           #the units of length used during Z-matrix input  
ZM.UnitsAngle          deg           #the units of angles used during Z-matrix input
ZM.ForceTolLength      0.02 eV/Ang   #controls the convergence with respect to forces on Z-matrix lengths
ZM.ForceTolAngle       0.00356549 Ry/rad     #controls the convergence with respect to forces on Z-matrix angles
ZM.MaxDisplLength      0.1  Ang      # controls the maximum change in a Zmatrix length during an optimisation step
ZM.MaxDisplAngle       0.003 rad     # controls the maximum change in a Z-matrix angle during an optimisation step
ZM.CalcAllForces       T             # Default value


AtomicCoordinatesFormat Ang
%block Zmatrix                                                               
cartesian   
4                  0.00000000    0.00000000    8.69856200    1    1    1
1                  2.79923100   -0.46763800    8.13385400    1    1    1
2                  2.90063000   -0.52770100    7.04924300    1    1    1
2                  0.34415200   -0.25541200    6.98170600    1    1    1
1                  3.55796100    0.28012400    6.70996600    1    1    1
1                  3.38635700   -1.47357500    6.78696500    1    1    1
2                  1.56838000   -0.42941000    6.36930700    1    1    1
4                 -0.92122000   -0.17834500    5.76910800    1    1    1
3                  1.52283300   -0.52028000    5.00070500    1    1    1
2                  0.29993900   -0.41643300    4.52384000    1    1    1
1                 -2.83689100   -0.98969500    3.67082200    1    1    1
1                 -2.60465800    0.75764900    3.54380400    1    1    1
2                  0.01218400   -0.49963400    3.11140100    1    1    1
2                 -2.54877600   -0.18404700    2.98541300    1    1    1
2                 -1.18154200   -0.40783200    2.40697100    1    1    1
1                 -3.27468500   -0.14681500    2.17135800    1    1    1
4                  1.34009400   -0.76146500    1.99675300    1    1    1
3                 -1.06208200   -0.53880900    1.05048000    1    1    1
2                  0.18555700   -0.72949500    0.67526300    1    1    1
1                  2.72911400   -1.21416700   -0.60926300    1    1    1
2                  0.58352000   -0.89442100   -0.70453700    1    1    1
2                  1.84058600   -1.12515600   -1.22627800    1    1    1
4                 -0.61088200   -0.82394800   -1.97476800    1    1    1
2                  1.86950400   -1.25822300   -2.64315600    1    1    1
1                  3.77138900   -2.23698600   -2.87605100    1    1    1
2                  0.60547600   -1.12941000   -3.19982300    1    1    1
2                  3.13432000   -1.52860200   -3.41569900    1    1    1
1                  3.71694800   -0.61118800   -3.56321300    1    1    1
1                 -0.92887900   -3.44346400   -3.61577800    1    1    1
1                  2.91927000   -1.94526900   -4.40224100    1    1    1
1                 -2.42595400   -2.97069100   -4.42601100    1    1    1
2                  0.21501300   -1.17784400   -4.61057500    1    1    1
2                 -1.36590400   -3.20131900   -4.58681100    1    1    1
2                 -0.65057000   -2.05086600   -5.24648800    1    1    1
1                 -1.31895100   -4.09632300   -5.21636500    1    1    1
4                  0.83947900    0.02229900   -5.73146300    1    1    1
2                 -0.77823000   -1.76116800   -6.64188400    1    1    1
2                 -0.02960000   -0.69204400   -7.06485700    1    1    1
1                 -1.39465700   -2.34293800   -7.31862200    1    1    1
4                  0.00000000    0.00000000   -8.69856200    1    1    1
1                  1.24219200    0.16226290   -9.08161526    1    1    1
1                  1.12657030    0.09837354    9.35981990    1    1    1                 
%endblock Zmatrix                                         

#WriteWaveFunctions        T            # coefficients of the wavefunctions in the basis set orbitals expansion     
#WaveFuncKPointsScale     ReciprocalLatticeVectors
#%block WaveFuncKPoints
#0.000 0.000 0.000 from    1 to 14      # Gamma wavefuncs 1 to 10
#%endblock WaveFuncKPoints

# Output options

WriteCoorInitial          T
WriteCoorStep             T
WriteCoorXmol             T
WriteForces               T
WriteEigenvalues          F            # If .false., it writes them in the file Systemlabel.EIG
WriteMullikenPop          1            # Write Mulliken Population Analysis
#WriteKpoints             T
#WriteKbands              T
#WriteBands               T
WriteMDCoorXmol           T
WriteMDhistory            T


# Options for saving or reading information
                             
MD.UseSaveZM                T     # Use stored positions and velocities
MD.UseSaveCG                T     # Use stored positions and velocities
SaveRho                     T     # Write valence pseudocharge at the mesh
SaveDeltaRho                T     # Write RHOscf-RHOatm at the mesh
SaveElectrostaticPotential  T     # Write the total elect. pot. at the mesh
                                  # (local pseudopotential + Hartree)
SaveTotalPotential          T     # write the valence total effective local potential
                                  # (local pseudopotential + Hartree + Vxc)
WriteSiestaDim              T     # Write minimum dim to siesta.h and stop
WriteDenchar                T     # Write information for DENCHAR

------------------------

[ Last edited by zhangguangping on 2010-5-9 at 07:01 ]
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弘德明志博学笃行
1楼2010-05-04 15:01:44
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wangsong1016

铜虫 (初入文坛)
★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
gavinliu7390(金币+2): 2010-05-07 22:55:17
Siesta计算对体系的轨道展开基的要求比较高（PAO.Basis），可能还需要自己来调整轨道展开基，而不是用他给出的那个设置选项。
   而且如果你的体系稍大%block Kgrid_Monkhorst_Pack 中采用111 0.0的k点计算可能积分的精确度不够高，采用更多的K点如444 0.5之类的也许会好一些。
   DM.MixingWeight       0.02  这一项在计算中应选的比较高，这一项是进行计算前后电子密度混合的参数，对收敛的速度具有很大影响，建议调的高一点，最大值是1，我有时调到0.4-0.5，当然体系不同这里数值也不同，我的经验是调的高了，收敛性要好一点。
    新手，意见仅供参考
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3楼2010-05-07 18:26:00
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
算出来的几何结构是这样的

键长的差别一般在0.1-0.2Ang之间。前三个环在一个平面上，这个和高斯计算出来的结果一致。但是第四个环与前三个环的平面的二面角siesta算出来是147°，而高斯6-31G的基组计算出来的是132°，6-31++G**的基组算出来的是120°，siesta算出来的结果和高斯的差别太大了。是我用的赝势不够好吗？还是有什么其他的原因？想请教大家一下。另外我在几何结构优化的时候怎么需要这么多step才能优化完成呢？
下面是我高斯优化的输入：
--------------
#P B3LYP/6-31++G**（6-31G） opt gfinput
    pop=full scf=(Maxcyc=2000,conver=6)
--------------

[ Last edited by zhangguangping on 2010-5-4 at 08:24 ]
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弘德明志博学笃行
2楼2010-05-04 15:19:57
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zhangguangping

木虫 (著名写手)
★ ★
wuli8(金币+2): 2010-05-08 18:40:25
引用回帖:
Originally posted by wangsong1016 at 2010-05-07 11:26:00:
Siesta计算对体系的轨道展开基的要求比较高（PAO.Basis），可能还需要自己来调整轨道展开基，而不是用他给出的那个设置选项。
   而且如果你的体系稍大%block Kgrid_Monkhorst_Pack 中采用111 0.0的k点计算可能积 ...

这个问题我已经解决了，忘了上来说一声了。原因和你说的第一个原因一致。是因为我使用的PAO.EnergyShift       200 meV太大了，导致了轨道比较局域，相当于使得基组小了，或者更加不完备了。我把这个数调节到100的时候算出来的二面角已经和高斯的6-31G算出来的差不多了，高斯的结果是132，siesta算出来的已经是134了。当然还距6-31++G**的120差距比较大，但是起码我应该确信我的赝势是没什么问题了。再说用这样水平的精度算出来的结果还是有一定的参考价值的。

第二个问题:我做优化的时候采用的是孤立体系的优化，不是周期体系，所以不用设置K点，用111的Gamma点足够了。如果设置多余的K点也是多余的，从计算上来讲仅仅是重复计算。但是要是做的是周期体系的计算的话，必须设置K点，当然原则上K点越多，计算结果越好，但是我们追求的是怎么用尽量少的K点算出比较高精度的结果，这时候要做K点收敛测试了。

第三个问题：我当时采用的是别人设置的 DM.MixingWeight       0.02  这个是在输运体系中设置的。我当时不明白这个选项的含义和作用，所以就没有改。后来发现将这个改为默认值0.25后，对孤立分子体系每个几何结构需要的scf数量有明显变化。明显加快了收敛的速度。并且原来需要上百的step才能达到的几何最优点，现在只需要几十步就搞定了。使得几何结构的优化非常快。原来一天才能完成的，现在不到一个小时完成了。但是要是体系里有大量金属原子的话，0.25的值好像不是很有利于收敛，并且出现反复徘徊的情况。但是设置为0.02后虽然SCF的数量加大了。但是每一步都很稳定的走向收敛趋势。看来这个值还要依据体系的不同而设置不同的数值。现在我也是在总结这个经验，还没有得出自己的结论。
但是那天与老师讨论 DM.MixingWeight 如果设置太小，尤其是到了快自洽的位置会出现假收敛，相当于使得SCF收敛精度降低。导致需要跟多了step了，但是不管怎么样。只要达到了受力的收敛，结果都是一样的。因为SCF的收敛是一个相对的标准。而结合结构优化的受力收敛标准是一个绝对的标准。

[ Last edited by zhangguangping on 2010-5-7 at 13:03 ]
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弘德明志博学笃行
4楼2010-05-07 20:01:32
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wangsong1016

铜虫 (初入文坛)
★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
哦，谢谢你的说明，我做的也是刚起步，很多东西都不明白，谢谢，以后多多交流。
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5楼2010-05-08 10:57:19
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