phonopy中文使用說明.doc

1、Phonopy 是一個(gè)由 python 實(shí)現(xiàn)的晶體聲子分析程序。它是目前提供了 VASP的 Wien2k 的接口用來計(jì)算原子受力。它的主要功能有：計(jì)算聲子色散譜；計(jì)算聲子態(tài)密度，包括分立態(tài)密度；聲子熱力學(xué)性質(zhì)，包括自由能，熱容量，焓；Phonopy 通過力常數(shù)的方法計(jì)算聲子譜。力常數(shù)由計(jì)算原子在超晶胞中被移動(dòng)后的受力得到 (Parlinsk-Li-Kawasoe方法 )。同樣類型的程序還有phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商業(yè)軟件，賣的很貴，fropho和 phonopy 的代碼其實(shí)都是來自于 phon, fropho 是為了代替 phon 而開發(fā)的，目的是為了

2、使用 phon 更方便， phon 和 fropho 主要都是由 fortran 開發(fā)的，而現(xiàn)在 fropho 已經(jīng)停止開發(fā)，由 python 開發(fā)的 phonopy 代替了 fropho, phonopy 在使用上更為方便，在計(jì)算量上更為減少。因?yàn)?phon, fropho 和 phonon 在移動(dòng)原子位置時(shí)都是一次只移動(dòng)一個(gè)原子的一個(gè)方向，而 phonopy 則可以一次移動(dòng)一個(gè)原子的多個(gè)方向，所以和其它程序相比 , phonopy 最多可以減少 2/3 的計(jì)算量。Phonopy 是使用 python 以及 C 等高級(jí)語言編寫的用于計(jì)算聲子譜的程序，它可以很方便地在現(xiàn)有的 unix 或 li

3、nux 操作系統(tǒng)上進(jìn)行安裝。它利用 VASP等第一性原理計(jì)算程序來計(jì)算有限位移下的原子受力，然后利用 phonopy 程序處理原子受力獲得聲子譜。Phonopy 使用 python 的 matplotlib 等工具包來繪圖，因此在使用Phonopy 繪制聲子譜等圖形時(shí)，要求系統(tǒng)有圖形用戶界面，對(duì)于遠(yuǎn)程機(jī)器，需要安裝 x-manager 來獲得虛擬的圖形用戶界面，方法如下：在自己的 pc 機(jī)安裝 windows 版本的 Xmanager（推薦使用 Xmanager4 或以上版本）。 Xmanager 安裝完成后啟動(dòng) xstart 設(shè)置，輸入登陸主機(jī) IP 及賬號(hào)信息，點(diǎn)擊 run 以后會(huì)打開一個(gè)

4、終端，在這個(gè)終端下運(yùn)行命令即可繪圖工作流程Phonopy 程序工作流程主要分為前處理、力計(jì)算（ VASP）或力常數(shù)計(jì)算（ VASP-DFPT計(jì)算）、后處理三部分。輸入文件參數(shù)設(shè)定文件Phonopy 中，輸入?yún)?shù)寫在一個(gè)文件里，然后通過命令傳輸給 phonopy 程序，該文件名可以是任意的（一般為，便于識(shí)別，如繪制聲子譜時(shí)參數(shù)設(shè)定文件命名為，繪制 DOS時(shí)參數(shù)設(shè)定文件設(shè)定為等）。常用參數(shù)如下ATOM_NAME用于設(shè)定元素名稱，中間用空格隔開，注意順序與POSCAR中保持一致。示例： ATOM_NAME = Si OEIGENVECTORS邏輯變量，當(dāng)取值為 .TRUE時(shí).，程序?qū)⒂?jì)算所有本征頻率

5、對(duì)應(yīng)的本征波矢（可以用來制作動(dòng)畫），當(dāng)加入選項(xiàng) -p 時(shí)，還會(huì)計(jì)算相應(yīng)的 pDOS。MASS用來指定原子的質(zhì)量（同POSCAR中原子順序保持一致），一般可以不指定。示例： MASS =DIM用來指定生成超原胞的大小示例： -dim=”m n l ”聲子譜計(jì)算相關(guān)參數(shù)BANDBAND_POINTS結(jié)構(gòu)文件（ POSCAR）在 phonopy 中，結(jié)構(gòu)文件寫成 VASP的 POSCAR文件的格式，除了舊版本的 POSCAR格式外， phonopy 還支持 VASP 的 POSCAR格式，即在原子數(shù)之前增加一行指明元素類型如果改變?cè)撐募谧x取的時(shí)候需要另行指定（例如改為 POSCAR-unitc

6、ell，則在運(yùn)行命令時(shí)需要加上選項(xiàng) -c POSCAR-unitcell）。注意：在指定實(shí)空間或倒空間中的坐標(biāo)時(shí)，可以采用分?jǐn)?shù)形式，但是在分?jǐn)?shù)線左右不能留有空格。力文件（ FORCE_SET）該文件由 phonopy 根據(jù)力計(jì)算得到的文件生成，生成命令為phonopy -f給出超原胞中原子發(fā)生有限位移產(chǎn)生的力的集合。每個(gè)超原胞中包含一個(gè)發(fā)生位移的原子。該文件的格式如下：第一行給出超原胞中的原子數(shù)，第二行給出需要計(jì)算的超原胞數(shù)目（每個(gè)超原胞中包含一個(gè)發(fā)生位移的原子），然后分塊寫出每個(gè)原子位移導(dǎo)致的力（每一塊包含一個(gè)超原胞中由于一個(gè)原子發(fā)射位移導(dǎo)致所有原子收到的力），在每一塊中，第一行給出超原胞序

7、數(shù)，第二行給出原子位移，然后依次給出各原子的受力。空行將被程序忽略。力和原子位移都采用笛卡爾坐標(biāo)。力常數(shù)文件（ FORCE_CONSTANT）該文件由 phonopy 讀取 dfpt 計(jì)算得到的生成，生成命令為phonopy fcBorn（可選）該文件和 -nac 以及 -nac-old 選項(xiàng)配合使用Format在該文件中，第一行的第一個(gè)數(shù)值為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，在VASP中，這一數(shù)值可能為 。第二個(gè)數(shù)值只有使用 -nac_old 選項(xiàng)的時(shí)候才會(huì)用到，它代表一個(gè)阻尼系數(shù) （默認(rèn)值為），這個(gè)參數(shù)一般可以忽略。第二行指定介電常數(shù)張量的九個(gè)分量，第三行，輸出文件Phonopy 中的輸出文件和具體步驟以 V

8、ASP為接口， phonopy 有兩種工作方式：一種是有限位移方法，即只利用 VASP來計(jì)算力；另一種是 DFPT（密度泛函微擾理論）方法，利用 VASP計(jì)算得到 Hessian 矩陣（寫在里），然后由 phonopy 讀取 Hessian矩陣并生成力常數(shù)文件，由此可以計(jì)算出體系的聲子譜、頻譜態(tài)密度、熱力學(xué)性質(zhì)等。利用 VASP計(jì)算力來獲得聲子譜的步驟如下1. 準(zhǔn)備 POSCAR文件，一般 POSCAR中為一個(gè)單胞，然后運(yùn)行命令phonopy -d -dim=” m n l ”即可生成一個(gè) SPOSCAR文件，其中包含的結(jié)構(gòu)為由指定單胞擴(kuò)展得到的 mnl的超原胞，此外還會(huì)生成以及 POSCAR

9、-number等文件，前者包含所有的位移信息，后者則表示發(fā)生不同位移的超原胞（文件名序號(hào)與中指定位移的順序一致）注意：由于 phonopy 生產(chǎn)超原胞和位移時(shí)沒有 POTCAR文件，所以需要在 POSCAR的第一行中依次指明各元素名，這與普通的 POSCAR（第一行為注釋行）是不一樣的，而POSCAR也可以采用及以上的寫法，即在晶格基矢后增加一行指明各元素名稱。2. 力計(jì)算，計(jì)算發(fā)生指定有限位移時(shí)的原子受力。在VASP中，直接采用 POSCAR-number作為 POSCAR計(jì)算每個(gè)指定位移下的原子受力?？梢詤⒖家韵碌腎NCARPREC = AccurateIBRION = -1ENCUT =

10、 500EDIFF =ISMEAR = 0; SIGMA =IALGO = 38LREAL = .FALSE.ADDGRID = .TRUE.LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.注意在計(jì)算中不要弛豫結(jié)構(gòu)（IBRION=-1，靜態(tài)計(jì)算）3. 后處理，主要分三步：利用力計(jì)算中得到的力來計(jì)算力常數(shù)；利用力常數(shù)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)矩陣；利用動(dòng)力學(xué)矩陣計(jì)算聲子譜（包括本征頻率及相應(yīng)的本征波矢）。在這一步開始前，可以準(zhǔn)備如下文件ATOM_NAME = Si ODIM=223MP=888運(yùn)行命令phonopy -p計(jì)算態(tài)密度運(yùn)行命令phonopy -t計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)（自由能單位 J/mol，

11、熵單位 J/K/mol ，熱容單位J/K/mol）運(yùn)行命令phonopy t -p繪制熱力學(xué)相關(guān)參數(shù)（熱容、熵、自由能）隨溫度T（熱力學(xué)溫標(biāo)）變化的曲線利用 VASP的 DFPT方法計(jì)算聲子譜的步驟如下：1. 建立初始結(jié)構(gòu) POSCAR（或其他指定的文件如 POSCAR-unitcell）2. 運(yùn)行命令 phonopy d dim=m n l 創(chuàng)建一個(gè) m nl的超原胞（存在 SPOSCAR文件中）。在這一方法中 POSCAR-number和都不會(huì)用到。3. 將 phonopy 創(chuàng)建的 SPOSCAR復(fù)制到 POSCAR中，運(yùn)行 VASP進(jìn)行 DFPT計(jì)算（注意： VASP的 DFPT只能計(jì)算 點(diǎn)的力常數(shù)！是否有影響） ，INCAR的參考設(shè)定為PREC = Accurate ENCUT = 500 IBRION = 8EDIFF = IALGO = 38 ISMEAR = 0; SIGMA = LREAL = .FALSE. ADDGRID = .TRUE. LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.（注意：此處在 INCAR中設(shè)定 IBRION=8，根據(jù) VASP說明書，設(shè)定 IBRION=7或 8 可以進(jìn)行 DFPT計(jì)算并得到 Hessian矩陣，但是只有在及更高版本中才可以進(jìn)行該計(jì)算）4. 確定 VASP計(jì)算得到的文件中包含