вопросы по DFT plane wave

[Чеширский кот]

Уважаемые форумчане, хотел бы спросить вас о методе плоских волн, в частности о софте.

Получение аккаунта VASP под большим вопросом. Куда более разумно выглядят Abinit, NWChem, Quantum Espresso … С чего лучше начать?
Сейчас я осваиваю теорию плоских волн, поэтому начну с самых примитивных вопросов. Начинал с программы NWChem, с тестовых примеров. Не совсем понятно как строить суперячейки и как их оптимизировать? Почти во всех программах (Abinit, NWChem, Quantum Espresso) фигурируют вектора, однако, если суперячейка состоит из комбинации разных атомов, то набор векторов для них становится уже не столь тривиальной задачей, как векторы для элементарной ячейки.

Задача, которую хотел обсчитать выглядит примерно так:
- оптимизация суперячейки состоящей из комбинации двух металлов в разных соотношениях (например, система Au/Pt, суперячейка – 2x2x2 элементарных ячеек Fcc), полученные параметры сравниваются с кристаллическими данными для этих металлов, выбирается оптимальный метод и параметры (например, функционал PBE), число k векторов и т.д.
- далее полученная ячейка транслируется в плоскости (или в методе плоских волн надо обязательно транслировать в трех направлениях?), координаты 2-3-х верхних слоев оптимизируются, остальные координаты замораживаются (учитывается различие первого слоя металла от объемных слоев)
- на оптимизированную суперячейку металла помещаются адсорбенты, например вода или ее продукты, координаты ячейки заморожены, оптимизируется только адсорбент.
После чего оцениваются энергии адсорбции в зависимости от состава суперячейки.

[Himera]

Пока не очень понятен Ваш вопрос. Мне кажется, что он из области кристаллографии, то есть сначала нужно научиться строить сверхъячейку и определять координаты всех её атомов, после чего задать их программе не составит труда.

Почти во всех программах (Abinit, NWChem, Quantum Espresso) фигурируют вектора

Что Вы называете "векторами"?

[Чеширский кот]

Уважаемые коллеги, столкнулся со следующим проблемой (наверное, не слишком уж сложной):
Провожу расчеты DFT PW слоев золота (5 слойный кластер, в сумме 40 атомов, расстояния между слоями примерно 15-18 Å), псевдопотенциалы по Вандербильту, входной файл Au40_slub.in. Расчеты в PWscf.
Au40_slub.in [cut]&CONTROL
calculation = 'scf',
etot_conv_thr=1e-5,
forc_conv_thr=1e-4,
nstep = 2000,
pseudo_dir = ...
/
&SYSTEM
ibrav = 8,
A = 8.3176,
C = 26.3176,
B = 8.3176,
nat = 40,
ntyp = 1,
ecutwfc = 30.00,
ecutrho = 300.00,
occupations = "smearing",
smearing = "methfessel-paxton",
degauss = 0.0500,
/
&electrons
conv_thr = 1.0d-7
/
&IONS
ion_dynamics = 'bfgs'
/
ATOMIC_SPECIES
Au 196.966569 au_pbe_v1.uspp.F.UPF
ATOMIC_POSITIONS Angstrom
Au 0.000000000 0.000000000 0.000000000 0 0 0
Au 0.000000000 4.158800000 0.000000000 0 0 0
Au 4.158800000 4.158800000 0.000000000 0 0 0
Au 4.158800000 0.000000000 0.000000000 0 0 0
Au 0.000000000 0.000000000 4.158800000 0 0 0
Au 0.000000000 4.158800000 4.158800000 0 0 0
Au 4.158800000 4.158800000 4.158800000 0 0 0
Au 4.158800000 0.000000000 4.158800000 0 0 0
Au 2.079400000 2.079400000 0.000000000 0 0 0
Au 2.079400000 0.000000000 2.079400000 0 0 0
Au 0.000000000 2.079400000 2.079400000 0 0 0
Au 2.079400000 4.158800000 2.079400000 0 0 0
Au 4.158800000 2.079400000 2.079400000 0 0 0
Au 2.079400000 2.079400000 4.158800000 0 0 0
Au 6.238200000 2.079400000 0.000000000 0 0 0
Au 6.238200000 0.000000000 2.079400000 0 0 0
Au 6.238200000 4.158800000 2.079400000 0 0 0
Au 6.238200000 2.079400000 4.158800000 0 0 0
Au 2.079400000 6.238200000 0.000000000 0 0 0
Au 0.000000000 6.238200000 2.079400000 0 0 0
Au 4.158800000 6.238200000 2.079400000 0 0 0
Au 2.079400000 6.238200000 4.158800000 0 0 0
Au 6.238200000 6.238200000 0.000000000 0 0 0
Au 6.238200000 6.238200000 4.158800000 0 0 0
Au 0.000000000 0.000000000 8.271750052
Au 0.000000000 4.158800000 8.271887861
Au 4.158800000 4.158800000 8.271958594
Au 4.158800000 0.000000000 8.271887861
Au 2.079325598 -0.000000000 6.231038287
Au 0.000000000 2.079325598 6.231038287
Au 2.079321430 4.158800000 6.231157649
Au 4.158800000 2.079321430 6.231157649
Au 2.079353212 2.079353212 8.271736578
Au 6.238274402 0.000000000 6.231038287
Au 6.238278570 4.158800000 6.231157649
Au 6.238246788 2.079353212 8.271736578
Au 0.000000000 6.238274402 6.231038287
Au 4.158800000 6.238278570 6.231157649
Au 2.079353212 6.238246788 8.271736578
Au 6.238246788 6.238246788 8.271736578
K_POINTS automatic
5 5 1 0 0 0[/cut]
Вопрос в следующем – в выборе периода решетки a. Можно получить две величины a:
- оптимизация одной элементарной ячейки (входной файл Au_optcell.in) выдает следующие зависимости E и a от k-точек (Рис. 1 Au cell). Оптимальный период решетки при этом a=4.1568-4.1527 соответственно при 10-12 k.
Au_optcell.in [cut]&CONTROL
calculation = 'vc-relax',
etot_conv_thr=1e-6,
forc_conv_thr=1e-5,
nstep = 2000,
/
&SYSTEM
ibrav = 2,
A = 4.0784,
nat = 1,
ntyp = 1,
ecutwfc = 30.00,
ecutrho = 300.00,
occupations = "smearing",
smearing = "methfessel-paxton",
degauss = 0.0500,
/
&electrons
conv_thr = 1.d-8
/
&IONS
ion_dynamics = 'bfgs'
/
&CELL
cell_dynamics='bfgs'
press = 0.0
cell_factor = 1.2D0,
/
ATOMIC_SPECIES
Au 196.966569 au_pbe_v1.uspp.F.UPF
ATOMIC_POSITIONS Angstrom
Au 0.000000000 0.000000000 0.000000000
K_POINTS automatic
10 10 10 0 0 0[/cut]

- если оптимизировать суперячейку 32 атома Au (входной файл Au_optsupercell.in), то получаются следующие E, a от k (Рис. 2 Au supercell). Период ячейки (поделенный на 2) при этом будет 4.1538-4.1536A при 5-6 k.
Au_optsupercell.in [cut]&CONTROL
calculation = 'vc-relax',
etot_conv_thr=1e-6,
forc_conv_thr=1e-5,
nstep = 2000,
pseudo_dir = ...
/
&SYSTEM
ibrav = 1,
A = 8.283418,
nat = 32,
ntyp = 1,
ecutwfc = 30.00,
ecutrho = 300.00,
occupations = "smearing",
smearing = "methfessel-paxton",
degauss = 0.0500,
/
&electrons
conv_thr = 5.d-7
/
&IONS
ion_dynamics = 'bfgs'
/
&CELL
cell_dynamics='bfgs'
press = 0.0
cell_factor = 1.2D0,
/
ATOMIC_SPECIES
Au 196.966569 au_pbe_v1.uspp.F.UPF
ATOMIC_POSITIONS Crystal
Au 0 0 0
Au 0 0.5 0
Au 0.5 0.5 0
Au 0.5 0 0
Au 0 0 0.5
Au 0 0.5 0.5
Au 0.5 0.5 0.5
Au 0.5 0 0.5
Au 0.25 0.25 0
Au 0.25 0 0.25
Au 0 0.25 0.25
Au 0.25 0.5 0.25
Au 0.5 0.25 0.25
Au 0.25 0.25 0.5
Au 0.75 0.25 0
Au 0.75 0 0.25
Au 0.75 0.5 0.25
Au 0.75 0.25 0.5
Au 0.25 0.75 0
Au 0 0.75 0.25
Au 0.5 0.75 0.25
Au 0.25 0.75 0.5
Au 0.75 0.75 0
Au 0.75 0.75 0.5
Au 0.25 0 0.75
Au 0 0.25 0.75
Au 0.25 0.5 0.75
Au 0.5 0.25 0.75
Au 0.75 0 0.75
Au 0.75 0.5 0.75
Au 0 0.75 0.75
Au 0.5 0.75 0.75
K_POINTS automatic
5 5 5 0 0 0[/cut]

С k-точками все понятно это 5-6 для данной суперячейки, то есть логичная зависимость k(элементарной ячейки)*2=k(суперячейки). А вот на счет периода a есть большие сомнения, какой из двух полученных значений брать? На первый взгляд разумнее брать вторую величину, так как ближе к моделируемой системе ( 40 атомный кластер, Au40_slub.in), однако, такие расчеты более затратные, чем расчеты одной элементарной ячейки. Или же это единственный выход - кропотливо оптимизировать суперячейки увеличивая k? Например, в различных пособиях принято считать период для элементарной ячейки, затем переносить суперячейку; от коллег слышал, что лучше оптимизировать суперячейку.

Поделитесь, пожалуйста, своим опытом.

[kbob]

Примеры оптимизации ячейки в nwchem приведены:
http://www.nwchem-sw.org/index.php/Rele ... occupation

Вы в какой программе считаете?

[Himera]

Релаксация сверхъячейки будет полнее отражать реальность, но, с другой стороны, различия между маленькой и большой ячейками не столь велики, чтобы серьёзно отразиться на тех свойствах, которые вы потом будете считать.

[Чеширский кот]

Релаксация сверхъячейки будет полнее отражать реальность, но, с другой стороны, различия между маленькой и большой ячейками не столь велики, чтобы серьёзно отразиться на тех свойствах, которые вы потом будете считать.

Да, Вы правы, для a получается различие только в 3-ем знаке, в таких случаях поверхностная энергия сильно не изменяется (другие физ-хим параметры скорее всего тоже).

Примеры оптимизации ячейки в nwchem приведены:
http://www.nwchem-sw.org/index.php/Rele ... occupation

Вы в какой программе считаете?

QUANTUM ESPRESSO