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--- atk:quantumatk平面波dft计算引擎介绍 [2019/11/26 20:37] – [介绍] xie.congwei
+++ atk:quantumatk平面波dft计算引擎介绍 [2019/11/26 20:57] (当前版本) – [参考] xie.congwei
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 ===== 合并 PW 基组 =====
+PW 计算器中包含平面波的数量取决于平面波的截断能 $E_\mathrm{cut}$。PW 计算的精确度随平面波数量的增加而增高，但计算成本亦是如此。因此，我们必须通过收敛性研究选择一个计算精度和成本之间的期望权衡。
+为收敛 PW 基组，我们计算了一系列截断能下的所需性质，本例指的是总能，即为了研究需要多大的 $E_\mathrm{cut}$ 才可以得到足够精确的结果。
+为实现以上，按照下列步骤：
+  * 打开 **Builder** {{:atk:builder.png?direct&25|}}，点击 Add {{:atk:arrow.png?direct&5|}} From database。
+  * 输入“copper”，搜索纯铜，选中并按下 {{:atk:plus.png?25|}} 按钮。
+  * 现在将构型发送到 **Script generator** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}。
+  * 添加 **New Calculator** {{:atk:calculator.png?direct&25|}} 和  **Total energy** {{:atk:analysis.png?direct&25|}} 模块。
+  * 打开 **New Calculator**，将其更改为 //ATK-DFT: Plane-wave (beta)//。
+您的 **New Calculator** 窗口应如下所示：
+{{ :atk:screenshot-pw-calculator-20191126.png?750 |}}
+  * 点击 //OK//，利用 {{:atk:sendto.png?direct&20|}} 按钮将脚本发送到 **Editor** {{:atk:editor.png?direct&25|}}。
+我们现在需要对 PW 截断创建循环。在脚本顶部，指定编码之后插入以下行，计算截断能在 10-100 Hartree 范围内的总能：
+<code python>
+e_cut_list = range(20,110,10)*Hartree
+for e_cut in e_cut_list:
+</code>
+您还需要在这些行之后缩进所有内容。
+<WRAP center tip 100%>
+=== 提示 ===
+您可以通过选中它们并按下 ''Tab'' 键快速在编辑器中缩进多行。
+</WRAP>
+最后，我们需要更改 ''for'' 循环中使用的变量截断值。找到定义密度网格截断的所在行，这里应该是第 37 行，并将其替换为以下内容：
+<code python>
+   density_mesh_cutoff=e_cut*4,
+</code>
+找到定义计算器的代码行，输入 ''wave_function_cutoff=e_cut''，如下所示：
+<code python>
+    calculator = PlaneWaveCalculator(
+        wave_function_cutoff=e_cut,
+        numerical_accuracy_parameters=numerical_accuracy_parameters,
+        )
+</code>
+<WRAP center important 100%>
+=== 注意 ===
+默认网格截断是 PW 截断的 4 倍，可以确保没有精度损失和不必要的计算费用。
+</WRAP>
+您的脚本应该像这样：[[https://docs.quantumatk.com/_downloads/e-cut-conv.py|↓ e-cut-conv.py]]，然后运行它。在现代的笔记本电脑上耗时少于半小时，如果使用 MPI 并行则会大幅缩短时间。
+<WRAP center tip 100%>
+=== 提示 ===
+我们计划在 2018 年添加一个允许您从 Script Generator 设置此过程的新功能。
+</WRAP>
+在某些情况下，如果要重复之前的计算，但需要采用较大的 PW 截断，则重启计算会非常有用。以这种方式设置脚本稍微复杂一些，但在我们的例子中，它会使计算运行得更快，所需时间大约减少 2 倍。脚本示例可以在这里下载：[[https://docs.quantumatk.com/_downloads/restart-e-cut-conv.py|↓ restart-e-cut-conv.py]]。
+运行脚本后，我们现在可以绘制系统总能量与 PW 截断值的关系图。您可以使用这个简单脚本绘制数据：[[https://docs.quantumatk.com/_downloads/plot-e-cut-conv.py|↓ plot-e-cut-conv.py]]。它将生成两个图，一个采用了截断的所有值，另一个图省略了第一个值以使收敛区域的图像更清晰。第二个图应如下所示：
+{{ :atk:e-cut-conv-7k-zoom-20191126.png?600 |}}
+上图显示截断值为 50 Hartree 时，总能量已经收敛到每个原子 10 meV 以内，而 70 Hartree 需要将能量收敛至所选参考值截断值 100 Hartree 时的 1 meV 内。参考和收敛标准的选择由用户基于所需精度决定，且与计算成本相平衡。本例中，我们最感兴趣的是快速计算，因此我们选择 50 Hartree 的截断值。
+<WRAP center tip 100%>
+=== 提示 ===
+所需的截断值很大程度上取决于元素和特定的赝势，因此在使用新的赝势时应始终测试收敛。
+</WRAP>
 ===== 性质计算 =====
+现在我们已经为可以令人满意的精度找到了所需的 PW 截断值，能够计算一些块体 Cu 的性质了。我们将做晶格常数和能带结构的简单计算。返回 Script Generator 窗口。
-===== 其他分析模块 =====
+  * 添加 **OptimizeGeometry** {{:atk:optimization.png?direct&25|}} 和 **Bandstructure** {{:atk:analysis.png?direct&25|}} 模块。
+  * 移动模块，使 {{:atk:optimization.png?direct&25|}} 正好在 {{:atk:calculator.png?direct&25|}} 之后。
+  * 打开 **New Calculator** 模块，更改截断至我们测试后选择的 50 Hartree。
+  * 打开 **OptimizeGeometry** 模块，不勾选 //Constrain Lattice Vectors//。
+  * 发送脚本至 **Job Manager** 并运行。脚本应如此：[[https://docs.quantumatk.com/_downloads/cu-bulk.py|↓ cu-bulk.py]]。
+在 8 核的计算机上使用 8 个 MPI 进程运行脚本大约需要 10 分钟，因此如果在笔记本电脑上运行，则可能需要几个小时。
+<WRAP center tip 100%>
+=== 提示 ===
+ATK-PW 计算器会使用对称性来减少必须计算 k 点的数量，并且在减少的 k 点上并行化。为了获得最有效的并行，您应该在 Script Generator 中检查减少的数量，并使用尽可能接近这个数字除数的多个 MPI 进程。
+</WRAP>
+您现在可以检查日志文件 ''Copper.log'' 和数据文件 ''Copper.hdf5''，验证我们在应力和力优化后得到铜的晶格常数 3.660650 Å，总能量为 -4968.92 eV 以及放大费米能级周围的区域得到以下的能带结构。
+{{ :atk:bandstructure-zoom-20191126.png?650 |}}
+===== 其他分析模块 =====
+在 QuantumATK 2017.0 中，并非所有的 QuantumATK 分析模块都支持 PW 计算器，因为它仍处于测试阶段。但是 **Script Generator** 了解这一事实，并将删除任何不支持的分析模块，并在生成实际脚本并将其发送到 Editor 或 Job Manager 时忽略它们。如果脚本是手动创建的，QuantumATK 会在遇到不支持平面波计算器的分析模块时给出错误消息。
 ===== 参考 =====
+  * 英文原文：https://docs.quantumatk.com/tutorials/pw_intro/pw_intro.html

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