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atk:动力学矩阵study_object计算硅块体的声子

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atk:动力学矩阵study_object计算硅块体的声子 [2019/10/22 21:27] – [声子] xie.congweiatk:动力学矩阵study_object计算硅块体的声子 [2019/10/22 21:45] (当前版本) – [参考] xie.congwei
行 14: 行 14:
 对于具有小单胞的晶体，通常需要使用单胞的周期性重复超胞精确地说明动力学矩阵中的长程相互作用，因此获得可靠的声子能带结构和 DOS。重要的是，**DynamicalMatrix** study object 可以自动处理：默认情况下，设置沿每个晶格矢量方向的重复次数，使每个原子与其初始的单胞至少有 4 个共价键半径。这通常包括距离远至 4 个键的原子，适用于大多数系统。您可以在 [[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/DynamicalMatrix/DynamicalMatrix.html#NL.Study.DynamicalMatrix.DynamicalMatrix|DynamicalMatrix]] 手册条目的注释中查看更多详细信息。 对于具有小单胞的晶体，通常需要使用单胞的周期性重复超胞精确地说明动力学矩阵中的长程相互作用，因此获得可靠的声子能带结构和 DOS。重要的是，**DynamicalMatrix** study object 可以自动处理：默认情况下，设置沿每个晶格矢量方向的重复次数，使每个原子与其初始的单胞至少有 4 个共价键半径。这通常包括距离远至 4 个键的原子，适用于大多数系统。您可以在 [[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/DynamicalMatrix/DynamicalMatrix.html#NL.Study.DynamicalMatrix.DynamicalMatrix|DynamicalMatrix]] 手册条目的注释中查看更多详细信息。
 ===== ATK 力场 ===== ===== ATK 力场 =====
 +
 +**ATK-ForceField** 计算器引擎包括大量经典势，非常适合研究材料的振动特性，例如声子能带结构和硅的声子态密度。
 +
 +在 {{:atk:builder.png?direct&25|}} **Builder**，从 built-in database 导入 //Silicon (alpha)// 结构。然后将其发送到 {{:atk:script_generator.png?direct&25|}} **Script Generator**，并添加以下脚本模块：
 +
 +  - {{:atk:calculator.png?direct&25|}} ForceFieldCalculator
 +  - {{:atk:optimization.png?direct&25|}} OptimizeGeometry
 +  - {{:atk:labfloor_dynamicalmatrix1.png?direct&25|}} DynamicalMatrix
 +  - {{:atk:labfloor_phononbandstructure1.png?direct&25|}} PhononBandstructure
 +  - {{:atk:labfloor_phonondensityofstates1.png?direct&25|}} PhononDensityOfStates
 +
 +{{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-atkclassical_scripter-20191022.png |}}
 +
 +<WRAP center tip 100%>
 +=== 提示 ===
 +  * 在计算动力学矩阵之前充分地几何优化结构是很重要的：不充分弛豫的结构可能产生具有负特征值（负振动频率）的动力学矩阵，这在物理上是无意义的。您可以使用 {{:atk:labfloor_vibrationalmode1.png?direct&25|}} **VibrationalMode** 分析确认您弛豫的结构。
 +  * 请注意 {{:atk:labfloor_dynamicalmatrix1.png?direct&25|}} **DynamicalMatrix** 计算是作为一个 {{:atk:studyobject.png?direct&25|}} **study object** 执行的。
 +  * 还要注意的是，{{:atk:labfloor_phononbandstructure1.png?direct&25|}} **PhononBandstructure** 和 {{:atk:labfloor_phonondensityofstates1.png?direct&25|}} **PhononDensityOfStates** 分析数据块都需要动力学矩阵作为输入信息。
 +</WRAP>
 +
 ==== 模拟设置 ==== ==== 模拟设置 ====
 +
 +在 {{:atk:calculator.png?direct&25|}} **ForceFieldCalculator** 的设置中，为硅选择一个合适的势，如 Tersoff 势 <color #00a2e8>[GdGPB91]</color> 或  Stillinger–Weber 势 <color #00a2e8>[SW85]</color>。每个势都有对应的参考文献，您应该检查确定这些势是否适合您的系统和您感兴趣的性质。
 +
 +{{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-atkclassical_scripter_sw-20191022.png?600 |}}
 +
 +在 {{:atk:optimization.png?direct&25|}} **OptimizeGeometry** 的设置中，取消选项 //Fix Lattice Vectors// 弛豫晶格常数，并将 Force tolerance 和 Stress error tolerance 分别降低至 0.001 eV/Å 和 0.0001 eV/Å<sup>3</sup>。
 +
 +{{ :atk:silicon-optimizegeometry_stress-20191022.png?450 |}}
 +
 +
 +在 {{:atk:labfloor_dynamicalmatrix1.png?direct&25|}} **DynamicalMatrix** 的设置中，保持默认设置，将自动创建一个适当大小的超胞，并启用声学求和规则。
 +
 +{{ :atk:silicon-dynamical-matrix-gui-20191022.png?450 |}}
 +
 +在 {{:atk:labfloor_phononbandstructure1.png?direct&25|}} **PhononBandstructure** 设置中，相较于参考文献 <color #00a2e8>[GdGPB91]</color>，将点增加至 100，设置 //Brillouin zone route// 为 //G, K, X, G, L, X, W, L//。
 +
 +更改输出文件名称为 ''Silicon.hdf5''，发送脚本到 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} **Job Manager** 并运行。在普通的台式电脑上，计算只需几秒钟。
 +
 ==== 结果 ==== ==== 结果 ====
 +
 +采用 **PhononBandstructure Analyzer** 和 **DOS Analyzer** 插件，查看您的 **LabFloor** 并将声子能带结构和声子态密度可视化。下图为使用 //Tersoff_Si_2005// 势计算得到的硅声子能带结构。
 +
 +{{ :atk:ff_phonon_bs-20191022.png?600 |}}
 +
 +您还可以在日志文件中查看自动选择的超胞大小，如下所示：
 +
 +<code python>  
 ++----------------------------------------------------------+
 +| Bulk: Cartesian (Angstrom) / fractional                  |
 ++----------------------------------------------------------+
 +2
 +Bulk
 +Si    0.000000e+00  0.000000e+00  0.000000e+00    0.00000  0.00000  0.00000
 +Si    1.357650e+00  1.357650e+00  1.357650e+00    0.25000  0.25000  0.25000
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +| Automatically detected repetitions = [7 7 7]                                 |
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +| Dynamical Matrix Study                                                       |
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +| 2 task(s) will be executed.                                                  |
 +|                                                                              |
 +| * Bundled force calculation                                                  |
 +|   Displacements: 0-10                                                        |
 +| * Generate dynamical matrix from displaced forces                            |
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +| Executing task 1 / 2:                                                        |
 +|   Bundled force calculation                                                  |
 +|   Displacements: 0-10                                                        |
 +|   Log to: stdout                                                             |
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +| Executing task 2 / 2:                                                        |
 +|   Generate dynamical matrix from displaced forces                            |
 +|   Log to: stdout                                                             |
 ++------------------------------------------------------------------------------+
 +</code>
  
 ===== 参考 ===== ===== 参考 =====
  
 +  * 英文原文：https://docs.quantumatk.com/tutorials/dynamical_matrix/dynamical_matrix.html
 +  * [GdGPB91] (1, 2) Paolo Giannozzi, Stefano de Gironcoli, Pasquale Pavone, and Stefano Baroni. Ab initio calculation of phonon dispersions in semiconductors. //Phys. Rev. B//, 43:7231–7242, 1991. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.43.7231|doi:10.1103/PhysRevB.43.7231]].
 +  * [SW85] F. H. Stillinger and T. A. Weber. Computer simulation of local order in condensed phases of silicon. //Phys. Rev. B//, 31:5262–5271, Apr 1985. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.31.5262|doi:10.1103/PhysRevB.31.5262]].
atk/动力学矩阵study_object计算硅块体的声子.1571750848.txt.gz · 最后更改: 2019/10/22 21:27 由 xie.congwei

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