差别

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--- atk:硅的声子能带 [2016/09/19 10:23] – [ATK-Classical] nie.han
+++ atk:硅的声子能带 [2018/03/20 21:55] (当前版本) – liu.jun
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 ===== 介绍 =====
-在本教程中您将学习如何进行一个简单的声子能带计算。尤其是学会如何设置计算，了解哪些参数是重要的。您也将学会如何通过并行方法优化这种类型的计算
+在本教程中您将学习如何进行声子能带计算。尤其是学会如何设置计算，了解哪些参数是重要的。您也将学会如何通过并行方法优化这种类型的计算
-  * 您将首先利用**ATK-DFT**结合LDA交换关联势进行计算。您会在计算声子时大体浏览一下所有使用的相关的参数。
+  * 您将首先利用 **ATK-DFT** 结合 LDA 交换关联势进行计算。您会在计算声子时大体浏览一下所有使用的相关的参数。
-  * 在最后，您将使用能在**ATK-Classical**引擎中获得的经典势（进行声子计算）并与DFT的计算结果进行比较。
+  * 在最后，您将使用能在 **ATK-Classical** 引擎中获得的经典势（进行声子计算）并与 DFT 的计算结果进行比较。
+<WRAP center info 100%>
+=== 提示 ===
+**本教程使用特定版本的QuantumATK创建，因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别，请在学习时务必注意。**
+</WRAP>
 ===== 晶格优化 =====
 第一步也是非常重要的一步就是对您的体系进行应力优化。这可以去除声子谱中的虚频，虚频通常源于未充分弛豫的结构。
-.进入 **Builder**{{:atk:builder.png?25|}}并从 //Database//{{:atk:database.png?25|}} 导入//silicon(alpha)//结构
+.进入 **Builder**{{:atk:builder.png?25|}} 并从 //Database//{{:atk:database.png?25|}} 导入 //silicon(alpha)// 结构
-.将结构发送到**Script Generator**{{:atk:script_generator.png?25|}}中并添加一个 //New Calculator//.
+.将结构发送到 **Script Generator**{{:atk:script_generator.png?25|}} 中并添加一个 //New Calculator//.
-  * 选择ATK-DFT和LDA（默认选项）
+  * 选择 ATK-DFT 和 LDA（默认选项）
-  * 使用13×13×13 K-point取样
+  * 使用 13×13×13 K-point 取样
-  * 在//Iteration control// 参数中，选取阻尼系数为0.5.该值减少了这个特定体系自洽态收敛所需要的迭代次数。
+  * 在 //Iteration control// 参数中，选取阻尼系数为 0.5.该值减少了这个特定体系自洽态收敛所需要的迭代次数。
-  * 使用//SingleZetaPolarized//basis//// 基组以加快计算进度
+  * 使用 //SingleZetaPolarized//basis 基组以加快计算进度
   * 添加 Optimization ‣ OptimizeGeometry 模块，并按照下图所示修改参数来实现力和应力的最小化。
-  * 将输出文件名改为 Silicon_opt.nc，将脚本发送到 **Job Manager**{{:atk:job_manager.png?25|}}并运行。
+  * 将输出文件名改为 Silicon_opt.nc，将脚本发送到 **Job Manager**{{:atk:job_manager.png?25|}} 并运行。
 {{ :atk:1.png?300 |}}
-该计算只需要花费几十秒钟。然后，您将在 **LabFloor** 中的项id gID001中找到优化的//BulkConfiguration//。选择该项，点击Text representation得到优化参数，5.4787
+该计算只需要花费几十秒钟。然后，您将在 **LabFloor** 中的项 id gID001 中找到优化的 //BulkConfiguration//。选择该项，点击 Text representation 得到优化参数，5.4787
 {{ :atk:2.png?500 |}}
 ===== 设置声子能带结构计算 =====
-将优化好的//BulkConfiguration//拖拽到**Scritper**{{:atk:script_generator.png?25|}}.
+将优化好的 //BulkConfiguration// 拖拽到 **Scritper**{{:atk:script_generator.png?25|}}.
-、**双击New Calculator并将k-point取样改为1x1x1**
+、** 双击 New Calculator 并将 k-point 取样改为 1x1x1**
-  * 该k-point取样将被用来计算动力学矩阵，动力学矩阵的计算需要结合重复的结构（参见下面）。您也可以参考 [[http://quantumwise.com/documents/tutorials/latest/Phonon/index.html/chap.phononband.html#sect1.phononband.details.kpoint|K-points used for ATK-DFT and ATK-SE]]
+  * 该 k-point 取样将被用来计算动力学矩阵，动力学矩阵的计算需要结合重复的结构（参见下面）。您也可以参考 [[http://quantumwise.com/documents/tutorials/latest/Phonon/index.html/chap.phononband.html#sect1.phononband.details.kpoint|K-points used for ATK-DFT and ATK-SE]]
 、**添加声子能带分析项**
-  * 选择每段400点以及G, X, K, G,L布里渊区路径。
+  * 选择每段 400 点以及 G, X, K, G,L 布里渊区路径。
-  * 将输出文件改名为SiliconPhBS.nc
+  * 将输出文件改名为 SiliconPhBS.nc
-  * 为了看到动力学矩阵参数（下一步），将script detail设置成“show defaults”并将脚本发送到**Editor**{{:atk:editor.png?25|}}:
+  * 为了看到动力学矩阵参数（下一步），将 script detail 设置成 “show defaults” 并将脚本发送到 **Editor**{{:atk:editor.png?25|}}:
 {{ :atk:siliconphononbs_send_to_editor1.png?500 |}}
 、**声子由体系的动力学矩阵计算。**动力学矩阵是能量的二阶导数，相当于力的一阶导数。力的一阶导数是利用有限差分法计算的，体系每次沿着一个自由度进行位移，该方法也叫做冻结声子计算法。
-  * 普通列表项目动力学矩阵的计算细节由//DynamicalMatrixParameters//项控制，给定的该项可以作为计算的一个选项。为了在动力学矩阵项中考虑临近单胞，体系被//repeat//参数控制进行重复。默认值是“automatic”；ATK将试图确定相应的重复数，重复数将在输出文件中被打印。
+  * 动力学矩阵的计算细节由 //DynamicalMatrixParameters// 项控制，给定的该项可以作为计算的一个选项。为了在动力学矩阵项中考虑临近单胞，体系被 //repeat// 参数控制进行重复。默认值是 “automatic”；QuantumATK 将试图确定相应的重复数，重复数将在输出文件中被打印。
-  * 普通列表项目如果您用**Editor**{{:atk:editor.png?25|}}检查 检查脚本时您可以看到//DynamicalMatrixParameters//，该项会显示您前一个步骤所有参数的默认值
+  * 如果您用 **Editor**{{:atk:editor.png?25|}} 检查脚本时您可以看到//DynamicalMatrixParameters//，该项会显示您前一个步骤所有参数的默认值
-  * 普通列表项目在您的脚本中找到//dynamical_matrix_parameters//部分，默认参数如下：
+  * 在您的脚本中找到 //dynamical_matrix_parameters// 部分，默认参数如下：
-<code bash>
+<code python>
 dynamical_matrix_parameters = DynamicalMatrixParameters(
     atomic_displacement=0.01*Angstrom,
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 、进行一些修改
-  * //acoustic_sum_rule//:为了激活声学支求和规则，将该选项改为“True”
+  * //acoustic_sum_rule//: 为了激活声学支求和规则，将该选项改为 “True”
-  * 普通列表项目//repeats//:使用该参数您可以在计算动力学矩阵时选择体系沿着x，y，z方向的重复次数。
+  * //repeats//:使用该参数您可以在计算动力学矩阵时选择体系沿着 x，y，z 方向的重复次数。
-  * 普通列表项目默认值是//Automatic//且这适用于大部分体系。然而，您应该留意这些重复的结构，因为如果您使用的是DFT，那么计算会变得非常繁重。
+  * 默认值是 //Automatic// 且这适用于大部分体系。然而，您应该留意这些重复的结构，因为如果您使用的是 DFT，那么计算会变得非常繁重。
-  * 普通列表项目在本教程中，您将使用DFT计算重复数为3×3×3,5×5×5,7×7×7的声子能带结构。
+  * 在本教程中，您将使用 DFT 计算重复数为 3×3×3,5×5×5,7×7×7 的声子能带结构。
-对于5×5×5的重复，您的//dynamical_matrix_parameters//看起来应如下所示：
+对于 5×5×5 的重复，您的 //dynamical_matrix_parameters// 看起来应如下所示：
+<code python>
+dynamical_matrix_parameters = DynamicalMatrixParameters(
+    atomic_displacement=0.01*Angstrom,
+    repeats=(5,5,5),
+    acoustic_sum_rule=True,
+    symmetrize=True,
+    )
+</code>
 ===== 运行声子能带计算 =====
-保存脚本后，现在就可以运行您的DFT声子能带计算。
+保存脚本后，现在就可以运行您的 DFT 声子能带计算。
 然而，有一些细节是在您运行计算之前要考虑的：
-在**ATK**中，动力学矩阵的位移计算是并行化的。位移的数目是原子数目的三倍（沿着x，y，z每一个方向算一次位移）。对于每次位移，都需要沿着+和-两个方向，进而有两次计算。这意味着可以通过使用和位移数目一样的多的MPI进程以获得最优计算性能。
+在 **QuantumATK** 中，动力学矩阵的位移计算是并行化的。位移的数目是原子数目的三倍（沿着x，y，z每一个方向算一次位移）。对于每次位移，都需要沿着+和-两个方向，进而有两次计算。这意味着可以通过使用和位移数目一样的多的MPI进程以获得最优计算性能。
-对于这个体系，有6个不同的位移需要分别计算。
+对于这个体系，有 6 个不同的位移需要分别计算。
 **体系尺寸**
-在该教程中，被运行的三个体系的重复次数为3×3×3,5×5×5,7×7×7，分别有54,250，686个硅原子组成。除了运行时间（参见下面）外，您也应该考虑内存总数的要求。一个拥有686个硅原子的块体结构，在使用LDA泛函，SZP基组运行时将需要3GB的内存。每个位移，也就是每个MPI进程，都要使用相同大小的内存。这意味着在这种情况下（6个MPI进程），如果您要在单机上运行的话您需要至少18GB的内存！
+在该教程中，被运行的三个体系的重复次数为 3×3×3，5×5×5，7×7×7，分别有 54,250，686 个硅原子组成。除了运行时间（参见下面）外，您也应该考虑内存总数的要求。一个 686 个硅原子的块体结构，在使用 LDA 泛函，SZP 基组运行时将需要 3GB 的内存。每个位移，也就是每个 MPI 进程，都要使用相同大小的内存。这意味着在这种情况下（6 个 MPI 进程），如果您要在单机上运行的话您需要至少 18GB 的内存！
 **消耗时间**
-下表显示了使用上述参数计算声子能带所需要的总时间。并行计算是在Xeon e5472 3.0GHz 机器中使用6个MPI进程进行的。
+下表显示了使用上述参数计算声子能带所需要的总时间。并行计算是在 Xeon e5472 3.0GHz 机器中使用 6 个 MPI 进程进行的。
-{{ :atk:image.png?400 |}}
+^Repetition ^ 3x3x3 ^ 5x5x5 ^ 7x7x7 ^
+| Total time | 6m21.44s | 41m16.41s | 3h06m53.15s |
 ===== 分析结果 =====
-当工作完成后您将在**LabFloor**中找到//PhononBandStructure//项。将其选上并使用//Bandstructure// Analyzer工具显示能带。
+当作业完成后您将在 **LabFloor** 中找到 //PhononBandStructure// 项。将其选中并使用 //Bandstructure// Analyzer 工具显示能带。
-{{ :atk:silicon_labfloor_phononbandstrcture.png?400 |}}
+{{ :atk:silicon_labfloor_phononbandstrcture.png?500 |}}
-下图展现了被定义成3×3×3,5×5×5,7×7×7的三个体系的结果
+下图展现了被定义成 3×3×3, 5×5×5, 7×7×7 的三个体系的结果
-{{ :atk:silicon_phononbandstructure_repetitrions.png?500 |}}
+{{ :atk:silicon_phononbandstructure_repetitrions.png?600 |}}
-您会立刻注意到重复次数3×3×3太小了甚至不能定性地给出可靠的结果，而中间尺寸的体系已经是一个相当好的近似。然而，您也注意到5×5×5和7×7×7两个体系在 Γ-point 附近的声子模式依然存在一个微小的差别。
+您会立刻注意到重复次数 3×3×3 太小了甚至不能定性地给出可靠的结果，而中间尺寸的体系已经是一个相当好的近似。然而，您也注意到 5×5×5 和7×7×7 两个体系在 Γ-point 附近的声子模式依然存在一个微小的差别。
-动力学矩阵现在和//BulkConfiguration//储存在一起。这意味着您可以读取动力学矩阵并可以在几十秒钟之内进行另一个//PhononBandStructure//计算（例如沿着不同的布里渊路径）或者声子态密度计算。
+动力学矩阵现在和 //BulkConfiguration// 储存在一起。这意味着您可以读取动力学矩阵并可以在几十秒钟之内进行另一个 //PhononBandStructure// 计算（例如沿着不同的布里渊路径）或者声子态密度计算。
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-analysis_from_file.png?400 |}}
-下表中展示了声子能带和DOS，您可以把这些结果和 Ref. [1] 进行比较。
+下表中展示了声子能带和 DOS，您可以把这些结果和 Ref. [1] 进行比较。
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-compare_phononbandstructure.png?400 |}}
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-compare_densityofstates.png?400 |}}
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 ===== ATK-Classical =====
-在**ATK2014**和更新的版本中，大量的经典势被囊括在**ATK-Classical**引擎中。这些势都很适合研究材料的振动性质，就像本教程中的硅的声子能带计算。
+在 **2014版** 和更新的版本中，大量的经典势被囊括在 **ATK-Classical** 引擎中。这些势都很适合研究材料的振动性质，就像本教程中的硅的声子能带计算。
-将硅块体结构发送到**Scripter**{{:atk:script_generator.png?25|}}并如之前解释的那样，设置应力优化和硅的声子能带结构计算，二者在同一脚本中。
+将硅块体结构发送到 **Scripter**{{:atk:script_generator.png?25|}}并如之前解释的那样，设置应力优化和硅的声子能带结构计算，二者在同一脚本中。
 在普通的笔记本中计算将只花费几十秒的时间。
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-atkclassical_scripter.png?500 |}}
-在//New Calculator//中，选择ATK-Classical引擎并使用对硅来说能够获得的最精确的势，像Tersoff或者Stillinger-Weber势。
+在 //New Calculator// 中，选择 ATK-Classical 引擎并使用对硅来说能够获得的最精确的势，像 Tersoff 或者 Stillinger-Weber 势。
 每个提供的势都有一个文字参考，您应该检查确定该势是否适用于您的体系或者您所感兴趣的性质。
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-atkclassical_scripter_sw.png?400 |}}
-像**ATK-DFT**例子那样设置//OptimizeGeometry//模块和//PhononBandstructure//项，运行计算。
+像 **ATK-DFT** 例子那样设置 //OptimizeGeometry// 模块和//PhononBandstructure// 项，运行计算。
-使用Tersoff_si_2005potential【2】所计算的硅的声子能带结构在下图中被展示。
+使用 Tersoff_si_2005potential【2】所计算的硅的声子能带结构在下图中被展示。
 {{ :atk:silicon_phononbandstructure_silicon-atkclassical_phononbandstructu111.png?400 |}}
 ===== 参考文献 =====
-[1] Giannozzi et al., “Ab initio calculation of phonon dispersions in semiconductors”, Phys. Rev. B 43, 7231 (1991).
+  * [1] Giannozzi et al., “Ab initio calculation of phonon dispersions in semiconductors”, Phys. Rev. B 43, 7231 (1991).
-[2] Stillinger and T. A. Weber, “Computer simulation of local order in condensed phases of silicon”, Phys. Rev. B, 31, 5262 (1985).
+  * [2] Stillinger and T. A. Weber, “Computer simulation of local order in condensed phases of silicon”, Phys. Rev. B, 31, 5262 (1985).
+  * 原文：http://docs.quantumwise.com/tutorials/phonon_bs/phonon_bs.html
+  * 本文翻译：王子群

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