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标题: CP2K在SCF迭代中的spin变化问题和收敛问题 [打印本页]

作者
Author: 在找我阿 时间: 2024-9-10 15:14
标题: CP2K在SCF迭代中的spin变化问题和收敛问题
本帖最后由在找我阿于 2024-9-10 15:26 编辑

各位老师好，我在用CP2K给在CASTEP中几何优化好的（设定的几何优化精度为“Fine”，几何优化能量收敛于2.0e-5 eV/atom，每轮SCF均正常进行）负载单原子Ir的双金属羟基氧化物进行几何优化（模型化学式：Fe2PtK4Ni22H16O58，来源：https://doi.org/10.1073/pnas.2101817118），使用的基组为Multiwfn给出的DZVP-MOLOPT-SR-GTH，泛函为POTENTIAL GTH-PBE，截断能设置为600 eV，REL_CUTOFF 设置为60，k点设置为3*3*1（晶胞参数约为8.5*9.9*30.5埃米），添加字段Extrapolation method: previous_p设置新结构的波函数初猜，SCF为128步，同时开启smearing
因体系总电子为奇数个，根据CASTEP的经验自旋可以在SCF迭代中从高值往低值收敛，故将自旋多重度设定为使用CASTEP设定的形式自旋最大值58并将所有金属原子的MAGNETIZATION设为最高氧化态对应的单电子数目，进行几何优化（之前尝试过使用最小的2，但SCF不收敛），但在自旋为58下SCF不收敛。尝试开启关键词 IGNORE_CONVERGENCE_FAILURE，在进行了SCF不收敛的几步几何优化后，新结构的SCF仍不收敛.
考虑是自旋初猜可能偏离真实值较大，后续增加了关键词RELAX_MULTIPLICITY 0.0001重新进行几何优化，发现在每次几何优化迭代过程中 Spin 1 和 Spin 2字段的Number of electrons、Number of occupied orbitals、Number of molecular orbitals的数值均未发生变化（其中SCF仍不收敛），因此我理解为自旋没有产生翻转，不确定RELAX_MULTIPLICITY 0.0001关键词是否生效（其中每轮优化的Integrated absolute spin density 有变动，但是删除RELAX_MULTIPLICITY关键词后发现Integrated absolute spin density仍有变化）
后续尝试调节了METHOD BROYDEN_MIXING的参数，放缓了新密度矩阵的混入比例，将ALPHA调至0.2，NBROYDEN调至16，SCF仍不收敛（之前为Multiwfn给出的默认值）

疑问1. 体系的SCF不收敛是因为初始磁矩设定的问题导致的吗，或是选择的基组DZVP-MOLOPT-SR-GTH、泛函为POTENTIAL GTH-PBE的组合问题导致？有没有什么其他的可以设定的有助于SCF收敛的参数（该体系在CASTEP中使用超软赝势，在420 eV截断能，开启0.2 eV的smearing，331的k点下可以在1.0 e-6的能量收敛限下成功收敛）

疑问2. 为什么添加了RELAX_MULTIPLICITY 关键词后 Spin 1 和 Spin 2字段的Number of electrons、Number of occupied orbitals、Number of molecular orbitals的数值均未发生变化，这是我的RELAX_MULTIPLICITY是设置未生效还是自旋翻转阈值设定的太高导致Spin 1 和 Spin 2字段的数值未发生变化，抑或是Spin 1 和 Spin 2字段表示其他含义？

疑问3. 为什么无论是否开启RELAX_MULTIPLICITY，Integrated absolute spin density的值均会随每次几何优化的SCF结果变化？

辛苦各位老师~下面是我的inp和out文件

作者
Author: sobereva 时间: 2024-9-10 23:53
计算级别没有问题。下文该说的都说了。可以用CASTEP之前给出的磁矩当CP2K的初猜磁矩。可以a、b方向各扩胞一倍开OT而不考虑k点也值得尝试。当前计算建议用二维周期性结合MT
CP2K中遇到SCF难收敛时的解决方法
http://sobereva.com/665（http://bbs.keinsci.com/thread-37196-1-1.html）

开smearing的时候设置RELAX_MULTIPLICITY没意义

作者
Author: 在找我阿 时间: 2024-9-10 23:59

sobereva 发表于 2024-9-10 23:53
计算级别没有问题。下文该说的都说了。可以用CASTEP之前给出的磁矩当CP2K的初猜磁矩。可以a、b方向各扩胞一 ...

收到，感谢Sob老师的指导，这就更改参数再次尝试一下，顺祝您教师节快乐

作者
Author: 在找我阿 时间: 2024-9-14 17:55
本帖最后由在找我阿于 2024-9-14 18:08 编辑

sobereva 发表于 2024-9-10 23:53
计算级别没有问题。下文该说的都说了。可以用CASTEP之前给出的磁矩当CP2K的初猜磁矩。可以a、b方向各扩胞一 ...

Sob老师下午好，感谢您，按您的说法更改了所有相关参数，开启了OT进行尝试
发现，在OT部分的PRECONDITIONER选择FULL_KINETIC时SCF仍未能收敛，参考您的博文http://sobereva.com/665后把PRECONDITIONER更改为FULL_ALL的情况下成功收敛了~

现有两个疑惑与一个小发现想再请教您，望老师海涵：
1. 关于“二维周期性结合MT”，在CP2K的manual中，MT关键词有如下字段
“MT (Martyna Tuckermann) decoupling that interacts only with the nearest neighbor. Beware results are completely wrong if the cell is smaller than twice the cluster size (with electronic density). Available for 0D and 2D systems”。
我这里计算中的模型是001面负载了单原子，Z轴方向又额外施加了15埃米真空层，这个表面模型是否可以定义为2D模型呢？可否理解为所有在Z轴方向施加足够长的真空层以规避Z轴方向PBC相互作用的模型均可使用XY方向的PBC结合MT？我将POISSON字段的PERIODIC关键词和SUBSYS字段的CELL中的PERIODIC关键词均设置为XY，我这个做法正确吗？
2. 之前忘记说明一点，从CASTEP计算的电子结构DOS图发现，本次计算的模型具有一定的金属性，并没有明显的禁带，在CASTEP中施加Smearing后可以较快收敛，阅读http://sobereva.com/665中发现您提到“必须用smearing的导体体系就别指望OT了”，这句话我有两种理解方向：A. “必须用smearing的体系别指望OT，我的体系虽然没有明显禁带，但并不是必须使用smearing的体系，所以我的情况适用OT” B.“所有导体体系均别指望OT，所以我使用OT得到的结果是错误的”，请问老师哪种理解方向正确呢？

小发现：进行了同时开启了OT,outer SCF与0.3 eV的能级移动的测试，发现inner SCF总是在开始的两步中迅速收敛，我认为这个情况是没有意义的，所以在开启了OT与outer SCF后关闭了能级移动，能级移动是否与OT不兼容？还是我的发现只是个例而没有普遍意义？

作者
Author: sobereva 时间: 2024-9-15 00:49

在找我阿发表于 2024-9-14 17:55
Sob老师下午好，感谢您，按您的说法更改了所有相关参数，开启了OT进行尝试
发现，在OT部分的PRECONDITIO ...

只有埃，没有埃米

Multiwfn创建输入文件的时候选成二维周期性，自动确定的盒子尺寸就是合适的，既满足MT的需要又不浪费
不同PSOLVER有不同要求，北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/workshop/KFP_content.html）的“能量的计算及相关问题”中讲低维体系计算的部分有明确、详细讲解。如果不了解相关情况，始终用Multiwfn生成输入文件免得犯低级错误。

用smearing需要计算空轨道，OT做SCF计算过程中没法解出空轨道，因此二者不兼容。
OT结合能级移动毫无意义，本来此时就没空轨道的事

作者
Author: 在找我阿 时间: 2024-9-16 11:46

sobereva 发表于 2024-9-15 00:49
只有埃，没有埃米

Multiwfn创建输入文件的时候选成二维周期性，自动确定的盒子尺寸就是合适的，既满足 ...

谢谢Sob老师，本次计算模型确定是没有gap的导体，经过测试，在CP2K中使用较小的Smearing下难收敛，但使用OT的情况下SCF在5e-6的情况下收敛，那么我的体系使用OT得到的结果是正确的吗，还是必须使用对角化+smearing的方法？

因为您博文中提到了“必须用smearing的导体体系别指望OT”，学生理解能力有限，不知道"导体体系"和“必须用smearing的体系”是否完全等价。因此不确定OT得到的结果是否正确，还望老师指导

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