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用castep进行结构优化的遇到的一些问题
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各位虫友： 本人最近在做有关层状硅酸盐的第一性原理计算，应用的软件是MS中的castep，由于接触第一性原理时间不长，在结构优化过程中遇到了一些问题，希望得到同行前辈的指点，小弟先谢过了！ 1、根据我看到的相关资料，在利用castep进行计算时，需要对参数（主要是截断能和K点）进行收敛性测试。在论坛中一个帖子上，有同行提到“将体系总能量和晶格常数组为几何优化的目标物理量，但能量截断值大于某一能量值或k点取样达到一定密度时，总能量和晶格常数将趋于一稳定值”，请问各位虫友，收敛性测试具体如何进行？比如，通过什么具体的方法得到晶格常数对K点采样的稳定值。 2、在一篇相关的文献中看到：“The pseudopotentials we used for Si, Al, and O were generated with the core electrons treated using the same Perdew -Wang 91 GGA as for the valence electrons in contrast to the common practice of generating pseudopotentials using the LDA then using the GGA approximation for valence electrons。” 此论文也用的是castep方法，请问各位虫友，在castep中如何选择各元素的赝势，是不是如下图，在potentials选项卡中选择，那么同一元素不同的赝势有什么区别，以及如何选择芯电子和价电子的赝势？ 3、我所要计算的模型叶腊石的分子式为[Al4Si8O20(OH)4]，请问此结构在做结构优化时是否需要考虑自旋极化，如果需要考虑的话，是否需要用LDA+U的方法以及initial spin如何设定？或者能够推荐相关的资料或者书籍，谢谢。 4、结构优化后的结果和实验结果对比的话，根据大家的经验，一般模拟的晶格参数与实验结果相差多少时就认为模拟的结果是合理的？  potentials.jpg |
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8楼2012-11-12 09:38:10
【答案】应助回帖
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感谢参与，应助指数 +1
WDD880227: 金币+1, 多谢交流 2012-11-07 19:03:47
感谢参与，应助指数 +1
WDD880227: 金币+1, 多谢交流 2012-11-07 19:03:47
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我也是刚刚接触，说下我的理解 1、收敛测试是根据一系列几何优化，做出能量曲线，固定K点，测试不同截断能下的能量，然后再固定截断能，测试不同K点的能量。这样做出曲线，找能量低的点或相对稳定的点，不一定是能量最低的参数。 2、赝势的选取不是固定的，你可以对同一体系进行几个函数的测试，然后选取与实验值相对接近的，也可根据文献中的做，看看别人都用什么，差别不是很大，主要是因为近似方法不同。另外，同一个体系用的是相同的函数，不是对每个原子进行函数设置。 3、自旋极化是针对有磁性的体系，如果体系没有磁性不必选择。+U是对结果进行修正的，当理论结果与实验结果相差较大时才考虑+U，而且U值也不是随便加的。 4、晶格尽量接进吧，这个没什么标准，相差越小，说服力越强。 只是个人愚见  |
» 本帖已获得的红花（最新10朵）
2楼2012-11-07 13:27:41
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以下是我对于不同K点采样，结构优化的部分结果，请各位虫友帮忙分析分析，谢谢大家了！ 叶腊石的分子式为[Al4Si8O20(OH)4]，选取单胞进行结构优化，应用GGA PW91 SCF tolerance选ultra-fine，赝势选ultrasoft，energy cutoff为1000eV，优化前的晶格参数采用文献中的实验值： a = 5.1614 alpha =91.03 b =8.9576 beta =100.37 c =9.3511 gamma = 89.75 K点为gamma 1*1*1： Final energy = -11699.17257731eV(energy not corrected for finite basis set) BFGS: Geometry optimization completed successfully. a = 5.129166 alpha = 90.538497 b = 8.926322 beta = 100.989057 c = 10.271161 gamma = 89.928407 若在此结构的基础上，进一步选用K点为2*1*1，其它参数不变，进一步优化的话，结果为 Final energy = -11700.65856341 eV(energy not corrected for finite basis set) BFGS: Geometry optimization completed successfully. a =5.208909 alpha = 91.585907 b = 9.065611 beta = 101.762757 c = 10.297746 gamma = 89.687502 K点为gamma 2*2*1： Final energy = -11700.70882827 eV(energy not corrected for finite basis set) BFGS: Geometry optimization completed successfully. a = 5.209092 alpha = 91.650536 b = 9.053941 beta = 100.404049 c = 10.210943 gamma = 89.675816 |
10楼2012-11-12 11:19:34
yjmaxpayne
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【答案】应助回帖
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franch: 金币+5, 鼓励交流，，呵呵 2012-11-12 18:52:04
franch: 金币+5, 鼓励交流，，呵呵 2012-11-12 18:52:04
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1、根据我看到的相关资料，在利用castep进行计算时，需要对参数（主要是截断能和K点）进行收敛性测试。在论坛中一个帖子上，有同行提到“将体系总能量和晶格常数组为几何优化的目标物理量，但能量截断值大于某一能量值或k点取样达到一定密度时，总能量和晶格常数将趋于一稳定值”，请问各位虫友，收敛性测试具体如何进行？比如，通过什么具体的方法得到晶格常数对K点采样的稳定值。 我的回答：收敛测试是必须的，这对相对陌生的系统来说尤为重要。 我觉得，比较方便的办法就是如你上一个帖子那样，通过改变k点数量来进行。 但是我认为你需要依赖几个方面的信息再进行类似的测试： 1. 对称性，尤其是第一布里渊区的形状，可以根据不同波失的长度来确定每个方向上应该取多少个k点。 当然，原则上越多越好。 2、在一篇相关的文献中看到：“The pseudopotentials we used for Si, Al, and O were generated with the core electrons treated using the same Perdew -Wang 91 GGA as for the valence electrons in contrast to the common practice of generating pseudopotentials using the LDA then using the GGA approximation for valence electrons。” 此论文也用的是castep方法，请问各位虫友，在castep中如何选择各元素的赝势，是不是如下图，在potentials选项卡中选择，那么同一元素不同的赝势有什么区别，以及如何选择芯电子和价电子的赝势？ 我的回答：这个potential感觉应该是文章作者自己用PW91生成的，我在6.0的CASTEP中没有发现这几个元素用PW91生成的赝势。 他们在计算的时候，用的GGA也是PW91，所以可以保证前后一致性。 3、我所要计算的模型叶腊石的分子式为[Al4Si8O20(OH)4]，请问此结构在做结构优化时是否需要考虑自旋极化，如果需要考虑的话，是否需要用LDA+U的方法以及initial spin如何设定？或者能够推荐相关的资料或者书籍，谢谢。 我的回答：这几个元素看着不太像有自旋极化的情况，不过可以考虑加入看看是否最终能带或者dos上有没有相应的体现。 至于LDA+U则是完全不用考虑的，在这个体系里面电子关联效应应该是很低的。 4、结构优化后的结果和实验结果对比的话，根据大家的经验，一般模拟的晶格参数与实验结果相差多少时就认为模拟的结果是合理的？ 我的回答： 当然是相差百分比越低越好，不过通常5%以内就已经可以认为是很不错的结果了。但是也要考虑靠实验是否足够靠谱，低精度的实验不见得比理论更可信。 |
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11楼2012-11-12 13:41:32
送鲜花一朵 |
谢谢楼上的详细回复！你的解答使我理解了不少！不过我还有一些问题需要请教。 1、您提到的“ 1. 对称性，尤其是第一布里渊区的形状，可以根据不同波失的长度来确定每个方向上应该取多少个k点。 当然，原则上越多越好”如何理解，或者应该看哪方面的资料！谢谢。 2、我对叶腊石进行优化主要参考的文献之一是“Ab initio computational crystallography of 2：1 clay minerals Pyrophyllite-1Tc”，文中应用GGA的PW91，相关参数选择如下图1。得到的优化结果如下图2。我在优化时选取的截断能较文献中的400eV更大，为1000eV，其他参数相同，可优化的结果c的差距较大，请问各位虫友，不知下一步我该怎么做？拜托 |
13楼2012-11-14 09:23:43
wangliangzhe
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3楼2012-11-07 14:39:28
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谢谢您的指点，可我还有一些困惑： 1、有些资料上说收敛性测试是改变截断能或K点对系统进行单点能计算，你说是对系统进行结构优化，到底哪种方法是正确的？而且，我做过比如固定截断能，改变K点对同一系统进行结构优化，如果总能趋于稳定，但晶格常数却变化很大，那该如何处理？就是说通过什么途径的到晶格常数的稳定值。 2、上图给出的选项卡中，应该就是对每个元素可以进行赝势的选择，关键是什么时候需要选择，选择的标准是什么？ 3、您说自旋极化是针对有磁性的体系，请问如何判断体系是否有磁性（不好意思，本人原本不是学化学的，可能问的问题比较低级），或者我给出的这个体系[Al4Si8O20(OH)4]是否具有磁性？ 4、晶格参数和实验越接近就越好的话，除了调节截断能、K点以及赝势的种类，还可以通过调节哪些参数提高计算的准确度，以及选择这些参数有什么标准？ 请各位虫友多多指教！！！ |
4楼2012-11-08 09:22:42
5楼2012-11-08 09:26:39
6楼2012-11-08 09:46:05
wangliangzhe
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