计算化学公社

标题: 请教关于smear的用法 [打印本页]

作者
Author: lastzealot 时间: 2016-12-23 23:59
标题: 请教关于smear的用法
在很多计算程序中都有smear这个关键词，也总听别人说，在SCF不收敛的时候加入这个就收敛了。小弟不大明白，想请教一下老师。

1 这个smear的物理意义是什么呢

2 一般什么时候需要用到

3 会不会对计算结果造成误差

4 一般设置为多大数值呢

谢谢老师，请多指教。

作者
Author: 卡开发发 时间: 2016-12-25 12:02
0、很多程序都有smear，但不同的场合用途不相同，一般而言，smear通常指的是将数据使用特定峰宽的函数进行逼近。

1、电子结构计算中，smear是一个和电子温度有关的量。对于自由电子系统，电子对能级的占据服从Fermi-Dirac分布，0K下是一个阶跃函数，而有限温度下相当于展宽函数是Fermi-Dirac函数，smear的值就是kT（k是Boltzmann常量）。

2、作用一般是这些：
(1)对于比较接近自由电子的情形，Fermi-Dirac展宽能够比较好地当做有限温度的一种处理方式。一般分子系统因为gap比较大，所以温度不太高的时候电子热激发几乎可以忽略。
(2)一般可以加快SCF的收敛，但会影响能量结果（Gaussian中SCF=Fermi的电子温度随着迭代动态变化，最后会回到0K，所以不会带来误差）。
(3)对于固体系统，这可以作为一种近似的方案，但使用展宽的原因主要并非逼近有限温度，如0K下，金属中的电子在Fermi能级附近是阶跃的，计算BZ积分需要相当大的k点才可能得到可靠的能量、力，此时可以引进smear函数来辅助处理BZ积分，除了前面提到的Fermi-Dirac函数，Gaussi函数等也是比较常用的，但除了FD函数，其他形式的展宽函数一般没有物理意义。

3、无论smear函数形式如何，做了这个设置相当于给电子施加了温度，电子也会有熵值，此时计算中的自由能和能量不相等。对于要得到0K结果的情形，只有smear尽可能小才可能得到偏差不大的结果。

4、对于2中的用途(1)可以根据smearing=kT来估计，用途(2)可以根据SCF收敛的情况进行调整，用途(3)一般需要进行测试。

作者
Author: lastzealot 时间: 2016-12-25 23:42

卡开发发发表于 2016-12-25 12:02
0、很多程序都有smear，但不同的场合用途不相同，一般而言，smear通常指的是将数据使用特定峰宽的函数进行 ...

谢谢好牛不过说实话看的不大懂
只知道了这种方法可以用于解决SCF不收敛的问题
我的体系中有单电子在计算时经常出现moderate converged或not converged you need more iterations报错
加强smear据说能好一些，有人告诉我一般把smear定为0.01，我不知道这个值对能级大小有何影响，所以问了上述问题
谢谢解答

作者
Author: 卡开发发 时间: 2016-12-26 00:02

lastzealot 发表于 2016-12-25 23:42
谢谢好牛不过说实话看的不大懂
只知道了这种方法可以用于解决SCF不收敛的问题
我的体系中有单电子在 ...

我不知道你采用什么程序做的计算。smearing会引起电子在能级上分数占据，反过来影响能级和能量，一般不太推荐这样的方式。解决SCF难收敛的方式绝非只有这一种，但要具体问题具体分析。

作者
Author: lastzealot 时间: 2016-12-26 13:08

卡开发发发表于 2016-12-26 00:02
我不知道你采用什么程序做的计算。smearing会引起电子在能级上分数占据，反过来影响能级和能量，一般不太 ...

谢谢

作者
Author: 李泽旭 时间: 2020-5-7 22:46
smear = KT smear = 0.01 就是意味着温度很高达到10的20 次方这样的数量级，也就是说会引起电子能级跃迁。电子从低轨道到高轨道占据对吗

作者
Author: JCenter 时间: 2025-3-5 19:19

卡开发发发表于 2016-12-26 00:02
我不知道你采用什么程序做的计算。smearing会引起电子在能级上分数占据，反过来影响能级和能量，一般不太 ...

老师，我看cp2k中研究共价键解离成自由基的FPMD过程也可以用smearing，是不是因为均裂后，单电子占据轨道与相邻轨道能级接近，类似于金属的低gap,所以得用smearing。如果反应中没有金属、反应不涉及均裂、gap不小的情况下，应该不需要smearing吧

作者
Author: 卡开发发 时间: 2025-3-5 21:10

JCenter 发表于 2025-3-5 19:19
老师，我看cp2k中研究共价键解离成自由基的FPMD过程也可以用smearing，是不是因为均裂后，单电子占据轨道 ...

如果采用固定占据或四面体求积，待求的计算性质能在较少的k点下就能收敛，那也就没有使用smearing的必要。只能说对于金属性体系来说，不满足这样的要求，而从表观现象上看这些体系通常是窄gap的，与体系是否包含金属、涉及均裂/异裂没有直接关系。而对于特定的程序在工程化层面可能出现的问题是不得不采用smearing，如VASP当中对不可约k点小于4的情况就没办法使用四面体求积，但又不支持固定占据，就只好smearing了。你可以根据你的情况测试测试。

作者
Author: JCenter 时间: 2025-3-5 22:29

卡开发发发表于 2025-3-5 21:10
如果采用固定占据或四面体求积，待求的计算性质能在较少的k点下就能收敛，那也就没有使用smearing的必要 ...

好嘞，感谢老师

欢迎光临计算化学公社 (http://bbs.keinsci.com/)