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souledge

专家顾问 (著名写手)

[资源] Gibbs2，省时省力的准第一性原理热力学性能计算软件

首先，本软件基于Quasi-Harmonic Debye模型，与声子谱计算后的QHA模型起源于相同的公式。这是由于在统计热力学中，零点和振动自由能只能被定义为声子在FBZ内的积分。
其次，本软件使用其他第一性原理计算得到的E-V曲线和弹性泊松比来拟合EOS并且进一步拟合热力学性能。具体的是把声子与声速进行关联，分类成纵/横两种声速，然后纵/横声速又对应了弹性常数C11和C12（仅限各向同性材料，其只有两个相互独立的弹性常数C11和C12），从而完成了声子的积分。
第三，本软件计算效率非常高，无论多么大的体系，只要有E-V曲线，有泊松比，就可以在一秒内得到想要的热力学结果，不占空间不占时间。
第四，2004年左右发布的Gibbs程序使用Fortran 90写成，本此发行的使用bash脚本，不需要进行编译。具体的使用方法可参考Doc中的用户手册。
Gibbs第一版的发布文献：M.A.Blanco, E.Francisco, and V.Luana, Comput. Phys. Commu. 158, 57 (2004)
Gibbs第二版的发布文献：A.Otero-de-la-Roza and V. Luana, Comput. Phys. Commu. 182, 1708-1720 (2011)
A.Otero-de-la-Roza and V. Luana, Comput. Phys. Commu. 182, 2232-2248 (2011)
文献和软件都附加在了附件中。
顺便提一下个人的观点，不见得正确，还希望有大牛来补充和说明：Debye模型提出的时间是非常早的，至少是在能够计算完整声子谱之前就已经存在的，不知道最早是怎么使用的，但是比较早的计算方面的应用，可以回溯到1988年，由纽约IBM工作的Moruzzi和Janak及维也纳科技大学的Schwarz发表在Phys Rev B, Volume 37, Number 2的论文Calculated thermal Properties of Metals。不知道是否是注意到了Debye模型中对弹性常数的各向同性近似，作者只在文章中计算了与各向同性最相近的立方结构的金属单质（立方体系中有三个相互独立的弹性常数C11，C12和C44）。后来在声子色散谱的计算大量普及之前，也有不少人结合LMTO、LCAO等计算方法，配合Debye模型计算热力学性能的。至于现在，基本主流都是使用声子色散谱+QHA的方法了，在Quantum-ESPRESSO中，甚至给出了三阶非谐波的计算（d3.x）。
另外，由于忽略了声子的计算，也就同时忽略了动力学稳定性的检验，比如虚频的问题。从原始公式可以知道，吉布斯函数中的零点能和振动自由能是需要对声子进行积分的，而虚频的存在则会让公式失去计算意义。但是Debye模型则可以“overcome”这个问题，在我个人看来，这就好像比较ln(-5)和ln(-2)的大小，使用ln(a)=0.5*2ln(a)=0.5*ln(a^2)然后得到ln(-5)>ln(-2)一样不靠谱～
至于E-V的取值，由于EOS对参数非常敏感，所以取值的密度和广度都对最终结果有着非常巨大的影响，如果是为了拟合已有的实验数据或者QHA计算数据，还是比较容易多快好省的做到的。作者使用自己的Gibbs2，在Phys. Rev. B, 84, 024109 (2011)上也发表了一篇文章。不过从我个人观察的来看，除非原创性的，否则比较少见使用该方法的高水平文章。
总之，这样的方法总的来说还是比较考验人的～当然，如果作为对实验的粗略预测，还是有不错的应用的。
最后一说的是，Debye模型一般不被计算领域的人承认为第一性原理方法的。

再补充个第一版的Gibbs，这样就从拟合到计算齐活了~[ Last edited by souledge on 2011-10-25 at 17:46 ]

为照顾部分Windows用户，特此推出编译好的Windows版Gibbs v1.0程序，但是仅限于64-bit的Windows用户使用。
程序可在此帖下载：http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=4543295&fpage=1

[ Last edited by souledge on 2012-8-15 at 13:42 ]

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