计算化学公社

标题: 请教下结构优化能量一直下降但力的收敛不理想是否应该继续优化 [打印本页]

作者
Author: 白皛白 时间: 2022-12-29 09:06
标题: 请教下结构优化能量一直下降但力的收敛不理想是否应该继续优化
本帖最后由白皛白于 2023-1-4 00:02 编辑

老师们好，我最近在做结构优化的一个体系因为比较大，所以优化起来相当困难，我也一直在观察优化过程中能量、力、结构的变化，发现在优化过程中能量几乎一直是单调下降的，而力的收敛却不明显，但结构似乎还算合理。
请问这种情况是应该继续优化吗？还是降低收敛标准比较好?文献里类似的结构也有采用EDIFFG=-0.05的。

作者
Author: Eudaimonia 时间: 2022-12-29 18:48
个人觉得应该，一直有能量下降趋势且结构没有变得很奇怪可以增加上限步数

作者
Author: 白皛白 时间: 2022-12-29 19:45

Eudaimonia 发表于 2022-12-29 18:48
个人觉得应该，一直有能量下降趋势且结构没有变得很奇怪可以增加上限步数

感谢您的回复，打算再算一段时间观察下。

作者
Author: 乘风万里 时间: 2022-12-29 21:48
2023/1/2日更新

关于第一次回复的分步优化相关的回复，卡开发发 老师表示了异议，认为：
1. “不要去相信什么粗略优化，或者说粗略优化并不是降低数值精度那样的处理。粗优化太低的精度容易对能量和力引入噪声，反而导致结构优化更难收敛，也可能会导致跳过本该能搜索到的局域极小点而到其他的结构上（过于低的精度会导致可能收敛不到局域最优，甚至本来该有的局域最优直接被跳过了）”。
2. “磁性的体系就开自旋极化，不同的磁序其实对应着不同的势能面，有可能两个势能面的极小点都不一样，优化完得到的结构和能量可能相去甚远”【这点我深有体会，表示认同，第一次的回复中也写了相关描述】

此外可以参考孙老师最近发表的视频，"20年计算老司机翻车现场，80个结构重做，我还感谢审稿人"。他也是因为长期以来都是先粗优化再细优化的策略，但最近这次计算却因此没有找到正确的局域最优结构，符合卡卡老师的观点。

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做VASP优化好多年，给一些建议吧（只当参考，正确与否自己判断）。首先结论是，力没收敛肯定是要继续优化的，粗看你的INCAR，有几个参数比较奇怪:
1. NELM = 400 ，VASP说明书说结构优化时默认的60就行了，60个电子步不收敛，400步也很难收敛，说明结构不合理，白白浪费时间。VASP自己会在下一个离子步调整结构，当然静态自洽时候NELM设大点没关系。
2. NPAR = 6，请确保并行参数跟节点核数匹配。
体系一共200个原子，开了spin和hubbard U，的确不好优化，但是我也优化过类似体系。可以参考关于结构弛豫设置及收敛判据选择的一点体会【http://mu****g.com/t-2512497-1】这篇文章（链接会被论坛和谐，你应该知道前面那个****是什么网站），大意就是刚开始结构不合理时使用较大的EDIFF跟EDIFFG进行粗优化，然后调小EDIFF跟EDIFFG进行细优化（反正就是分步优化，可以不止分两步），而且细优化那步可以切换IBRION=1，会获得加速（个人经验该参数偶尔会失效，求稳的可以不换）。但文章中说粗优化时关磁性，细优化时打开，对DFT+U体系的优化不一定好使。低K点密度粗优化对这种超胞也没啥用，因为直接就Gamma点了。其它细节上面那篇文章都有详细的讨论，可以仔细看看。而且最后一点，DFT+U体系你即使优化完了，能确保磁基态正确么，当然不是专门做相关体系的可以忽略。

作者
Author: 白皛白 时间: 2022-12-29 23:57

乘风万里发表于 2022-12-29 21:48
做VASP优化好多年，给一些建议吧（只当参考，正确与否自己判断）。首先结论是，力没收敛肯定是要继续优化的 ...

非常感谢您的宝贵建议，您给出的这篇文章对我的帮助非常大，尤其是关于CeO空位的那一部分。
我对这个体系是先用dmol3不开自旋也没有DFT+U的情况下优化，然后再用VASP优化的，但最初的离子步仍然需要300步左右才能完成。
最初这个体系是在Gamma点EDIFFG=-0.05的情况下顺利收敛了，但之后感觉这个设置有些粗糙，就想要采用更精细的参数，K点也设置成了2 2 1，本来以为这个结构可能比较合理了应该会很快收敛，但现在发现收敛有些出乎意料的困难……刚刚又对比了优化前后的结构变化，发现结构还是在往更加合理的方向变化的，看了您的建议后我感觉这个状况可能是因为我给出的初始结构不够合理导致的（因为SCF收敛很困难），考虑了下还是打算再优化一段时间观察下结构接下来会怎么变化。

作者
Author: 白皛白 时间: 2023-1-1 14:29
早晨起来发现已经成功收敛了，这个任务总共耗时一周左右（24核），但最大受力的显著收敛只发生在最后二三十个小时。
为了给之后遇到类似问题的朋友提供一个参考，我说下自己的一些愚见，如果有说的不对的地方也请各位指正，谢谢

。
在优化过程中即便最大受力收敛不理想，但能量持续降低还是应该继续优化的，前提是结构仍然合理。我对此的理解是，能量是力的积分，可以反映出整体原子的受力情况，但收敛的判据是原子最大受力，在结构不太合理的时候原子最大受力的变化或许不能很好地体现结构弛豫的进度的。
最后也感谢楼上两位老师的指教。

作者
Author: ComputationPawn 时间: 2023-1-2 16:46
请问这种收敛曲线是如何查看的？是VASP本身具有的功能？还是通过vaspkit等实现的？刚刚接触VASP

作者
Author: 乘风万里 时间: 2023-1-2 23:03

白皛白发表于 2022-12-29 23:57
非常感谢您的宝贵建议，您给出的这篇文章对我的帮助非常大，尤其是关于CeO空位的那一部分。
我对这个体 ...

卡开发发老师的相关评论我更新到上面的回复中了，孙成才老师最近也因为分步优化导致优化出了错误结构，他的个人意见可以参考我回复中那个B站链接的评论区。

作者
Author: 白皛白 时间: 2023-1-4 00:04
本帖最后由白皛白于 2023-1-4 00:07 编辑

ComputationPawn 发表于 2023-1-2 16:46
请问这种收敛曲线是如何查看的？是VASP本身具有的功能？还是通过vaspkit等实现的？刚刚接触VASP

您好，这是一个脚本的功能，是之前在知乎上找到的，但知乎原网页我没保存所以原贴我找不到了，脚本已经以附件的形式添加到主楼，可以直接在计算任务的文件夹里运行使用。

作者
Author: ComputationPawn 时间: 2023-1-8 17:23

白皛白发表于 2023-1-4 00:04
您好，这是一个脚本的功能，是之前在知乎上找到的，但知乎原网页我没保存所以原贴我找不到了，脚本已经以 ...

谢谢您的分享，能顺便告知一下脚本的使用方法吗？

作者
Author: 白皛白 时间: 2023-1-10 10:22

ComputationPawn 发表于 2023-1-8 17:23
谢谢您的分享，能顺便告知一下脚本的使用方法吗？

把脚本放在vasp任务文件夹里，然后输入指令“bash opt.sh”就可以了。

作者
Author: ComputationPawn 时间: 2023-1-11 10:23

白皛白发表于 2023-1-10 10:22
把脚本放在vasp任务文件夹里，然后输入指令“bash opt.sh”就可以了。

您指的任务文件夹是POSCAR,INCAR,POTCAR,KPOINTS那个文件夹吗？

作者
Author: 白皛白 时间: 2023-1-16 11:45

ComputationPawn 发表于 2023-1-11 10:23
您指的任务文件夹是POSCAR,INCAR,POTCAR,KPOINTS那个文件夹吗？

您好，是的。

作者
Author: 1337751344 时间: 2024-9-27 20:37
你好楼主，请问一下如何用这个脚本得出的四个图看收敛情况呢

作者
Author: 白皛白 时间: 2024-9-28 10:57

1337751344 发表于 2024-9-27 20:37
你好楼主，请问一下如何用这个脚本得出的四个图看收敛情况呢

你好，从我个人的经验来看，考察收敛情况一方面看max force是否有下降的趋势，一般max force在几步或者十几步之内是有可能震荡的，但是总体来看是逐渐下降趋近收敛限的，但是如果在几十步之内反复震荡没有收敛的趋势就要当心了。
另一方面看energy的变化，如果前面max force在震荡，但是energy一直在下降的话，可以再多观察一段时间。如果energy随着max force一同震荡，持续了十几步左右还没有出现下降的趋势的话，建议停掉任务调整结构再提交。

作者
Author: lulu沙 时间: 2025-5-14 21:50
本帖最后由 lulu沙于 2025-5-14 22:01 编辑

老师您好，我优化了一个石墨烯单胞，使用您提供的脚本检查收敛结果如下图，请问老师这个结果是收敛的嘛？因为Energy of each ionic step出现了两个峰，Max Force of each ionic step又呈上升趋势，所以我拿不准，想请教一下老师。

作者
Author: 向往美好生活 时间: 3 day ago

白皛白发表于 2023-1-1 14:29
早晨起来发现已经成功收敛了，这个任务总共耗时一周左右（24核），但最大受力的显著收敛只发生在最后二三十 ...

楼主说的很对，最近再算一个初始结构不知怎么摆放的任务，体系较大（slab有500多个原子，吸附一个有110个原子的体系）。第一分子+slab在结构优化时，受力一直下不去，一直在0.9-0.08之间跳到，那时已经算了210多步离子步了

，但与此同时能量一直在单调下降。于是听楼主的建议继续往下算，最先出现的转机是能量下降曲线开始变得平缓了，再往下算果然就收敛了，力的收敛迹象很隐秘，到后面的20-30步离子步才出现.

但是还有一个发现，就是说按照楼主说的，“能量是力的积分，代表总体受力”。所有这个优化过程要从摆放的初始结构优化到最终结构，貌似要走或者说变动一定量的距离，这个变动量没达到时，即使缩小步长（力震荡下不去时缩小步长收敛方法）也没有用，他依然要走完一定的量，过早的缩小步长反而使得走的速度变慢了。这就是第二个分子与slab的优化的过程总结。
第二分子与第三分子结构十分相似，故可比较。第二个分子是0.5步长一直优化到200步，力在震荡，能量在单调下降，但并未出现下降减速拐点，这时等不住就开始减小步长为0.05了，结果步长0.05下算了300步未收敛，能量还在下降

；第三个分子是0.5步长优化到240步，力同样在震荡，但能量在单调下降时出现了减速拐点，于是减小步长为0.05，算2个离子步后收敛

。我认为这是优化走的路径还不够长就提前减速（减小步长导致的），不懂对不对，请大家批评指正

！

最后感谢楼主分享！

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