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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 » MS » 【求助】如何解决自旋极化计算时的难以收敛问题？
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forkn

银虫 (小有名气)

[交流] 【求助】如何解决自旋极化计算时的难以收敛问题？已有9人参与

小弟想用castep计算两种异质界面(Fe/Ni)结合的电子结构和能量学信息，
构建模型的过程如下：
1 .导入程序自带的Fe的晶胞，几何优化,切出(100)面，构建真空层后几何优化，得出Fe(100)的构型。晶胞参数a=b=2.775埃
2 .导入程序自带的Ni的晶胞，几何优化,切出(100)面，构建真空层后几何优化，得出Ni(100)的构型。晶胞参数c=d=2.513埃
3. 根据优化后的Ni(100)为底，向真空层添加Fe原子，界面间距选择为优化后的两种结构的层间距的平均值。Fe的层间距采用步骤1的数据。以此搭建Fe(100)/Ni(100)结构,晶胞边距选择为（a+c)/2，入下图：

     现在的问题是：
     （1）以上的几何优化都是在加spin polarized下进行的，对这个自己建的结构加自旋极化（自旋设为low和hight都试过）进行几何优化时，一直不收敛，我已经尝试了增加energy cut off (350ev), 增加k point set (7*7*2），empty bonds, 降低SCF 精度，降低smearing等，都不收敛，总是提示：
*Warning* max. SCF cycles performed but system has not reached the groundstate.
Warning: electronic minimisation did not converge when finding ground state
收敛曲线：

能量曲线：

   （2）我计算过不加自旋的优化，很容易收敛，energy cut off (300ev), k point set (3*3*2），就可以收敛。但这样的结构不可信的，本来就是磁性体系，况且加自旋极化计算的能量都比不加的低。

      是不是我的初始结构不太合理啊？或是计算参数的问题？希望大家帮帮忙吧，最好能结合我的情况给些加速收敛具体的措施。急等！
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1楼2010-06-04 18:14:31
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

acridine

木虫 (正式写手)
★ ★ ★
zzy870720z(金币+3):谢谢指导，很不错的注意，学习了 2010-06-05 08:32:23
forkn(金币+6):谢谢你的建议，我试试看 2010-06-06 10:53:22
你提到的energy cut off , k point set等参数，确实可以影响收敛，但他们最主要还是影响电子scf的收敛。从你的优化过程看，已经走了20多步了，所以说scf自洽的收敛情况还是相当漂亮的，这些参数的设置上不会有太大的问题。那么问题就应该是来自结构的优化上。
其实俺一看到真空层+优化晶格就很晕，个人认为最好不要这么干。这就是相当于对电脑“下套”，电脑又不象我们这么聪明，它也不知道啥叫真空层，它会费力不讨好的不停优化c轴长度，而你应该根本就不关心这个方向的晶格长度吧？所以最好不要优化，也许不优化能很快收敛呢！
另外如果非极化计算很容易收敛，那么以非极化优化出来的结构作为初结构，再进一步的使用自旋极化来优化，也许是个不错的主意。

另外你模型的原子层数可能太小了，模型的意义可能是个问题，但这和你问的问题没有什么关系，属于题外话了。
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2楼2010-06-05 00:19:47
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163.com

金虫 (著名写手)

实习版主
★
zzy870720z(金币+1):谢谢参与，最好能拿出证据再说，你做过的测试？ 2010-06-05 08:33:36
forkn(金币+3):谢谢交流 2010-06-06 11:32:43
你的体系不收敛是体系结构引起的，你的参数设置这样没有很大不妥，没问题；

你如果做过不加自旋优化，可以用之前优化模型加  自旋计算；

第一性原理计算指出，加不加自旋对对体系的结构变化不大。
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阿什顿联
3楼2010-06-05 06:29:45
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forkn

银虫 (小有名气)
★ ★ ★
xiaohunhun(金币+3):谢谢 2010-06-08 23:49:18
引用cenwanglai的测试结果：  
“对于含有未配对电子的结构,计算能量时是否考虑自旋对结果影响不可忽略,而且最好在结构优化时就考虑自旋最好;但是作为计算时间成本的考虑,在结构优化时不考虑自旋,而在后续能量计算时考虑自旋可能对能量精度影响不大;但是是否在结构优化时考虑自旋对结构有一定影响.”
详见：http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1532270&fpage=0&view=&highlight=&page=2
本人觉得还是结构优化时就加上自旋比较好。至于先不加自旋优化，再此结构上再加自旋优化的方法，我正在试，希望能收敛吧,呵呵。
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8楼2010-06-07 09:57:47
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zhenfeili

铁虫 (小有名气)
★
xiaohunhun(金币+1):谢谢 2010-06-08 16:06:25
我采用的pc机，有时有些复杂的胞或者原子数比较大的胞，
采用自旋极化优化超级胞时计算机算不动，所以就采用先结构优化再做自旋计算
如果主要为了得到定性的结果，节约时间，这种方法还是可以的

我觉得很多半导体的计算都很难得到精确解，比如几乎所有的第一性原理计算都低估带隙，这时候你不知道所得到的带隙那个精确。所以能得到定性结果还是可以接受的。只要读者觉得你说的有道理。
引用回帖:
Originally posted by forkn at 2010-06-07 09:57:47:
引用cenwanglai的测试结果：  
“对于含有未配对电子的结构,计算能量时是否考虑自旋对结果影响不可忽略,而且最好在结构优化时就考虑自旋最好;但是作为计算时间成本的考虑,在结构优化时不考虑自旋,而在后续能量计 ...

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9楼2010-06-07 21:03:52
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普通回帖

forkn

银虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by acridine at 2010-06-05 00:19:47:
你提到的energy cut off , k point set等参数，确实可以影响收敛，但他们最主要还是影响电子scf的收敛。从你的优化过程看，已经走了20多步了，所以说scf自洽的收敛情况还是相当漂亮的，这些参数的设置上不会有太大 ...

谢谢你的建议，原以为加上优化晶胞会使结构松弛的更好些，看来不一定是这样了。
还有，3层好像是太少了，那么原子层数的选取原则是什么啊？如何知道选择3层还是5层比较合理呢？
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4楼2010-06-06 11:31:51
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forkn

银虫 (小有名气)
★ ★
cenwanglai(金币+2):谢谢参与讨论! 2010-06-06 15:07:57
引用回帖:
Originally posted by 163.com at 2010-06-05 06:29:45:

第一性原理计算指出，加不加自旋对对体系的结构变化不大。

是这样吗？我之前算过一些结构，好像加自旋和不加好像结构差的还不小呢。最外层的原子向真空层弛豫相差了0.4埃左右呢。
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5楼2010-06-06 11:48:59
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shrek826

金虫 (小有名气)
★
cenwanglai(金币+1):谢谢回复 2010-06-06 18:18:04
forkn(金币+2):谢谢提醒，能说明为什么增加就更好了 2010-06-06 20:03:45
对于金属体系，减少smearing更不容易收敛，你可以试着增加smearing
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6楼2010-06-06 17:51:07
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zhenfeili

铁虫 (小有名气)
★
zzy870720z(金币+1):谢谢指导 2010-06-07 08:09:46
forkn(金币+2):谢谢你的经验 2010-06-07 09:50:37
楼主的图离收敛还差老远呢，能量一直在下降当中
我遇到这种情况一般是结构优化后，再自旋计算
我比较过几个采用自旋极化优化和不采用自旋极化的
觉得最后算出来的结果没有什么差别
别人怎样就不知道了
希望有达人从原理上说明一下
引用回帖:
Originally posted by forkn at 2010-06-04 18:14:31:
小弟想用castep计算两种异质界面(Fe/Ni)结合的电子结构和能量学信息，
构建模型的过程如下：
1 .导入程序自带的Fe的晶胞，几何优化,切出(100)面，构建真空层后几何优化，得出Fe(100)的构型。晶胞参数a=b=2.775埃 ...

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7楼2010-06-06 21:33:06
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forkn

银虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by zhenfeili at 2010-06-07 21:03:52:
我采用的pc机，有时有些复杂的胞或者原子数比较大的胞，
采用自旋极化优化超级胞时计算机算不动，所以就采用先结构优化再做自旋计算
如果主要为了得到定性的结果，节约时间，这种方法还是可以的

我觉得很多半 ...

呵呵，我主要关心的是能量问题，如果加自旋优化真的很难算的话，也只能先结构优化再做自旋计算能量了。其实第一原理计算的结果相对值才有意义，绝对值是很难准确定量描述问题了。
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10楼2010-06-08 10:03:47
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