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标题: CP2K几何优化Fe2O3（001）表面不收敛 [打印本页]

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Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-8 19:38
标题: CP2K几何优化Fe2O3（001）表面不收敛
卢老师和各位老师好！
我想做一个Fe2O3 001表面对小分子的吸附，几何优化Fe2O3体块时比较容易，但切001表面后，对表面几何优化的SCF很难收敛。由于后面要使用此晶面计算吸附小分子的吸附能，因此没有扩胞使用OT，而是用对角化结合高k点计算，最低在1e-2震荡。（尝试过扩胞使用OT，SCF在1e-4左右震荡而无法收敛）
尽管Fe2O3是非导体，还是尝试了加smeaing，加了300K的smearing也不收敛，去掉smearing也不收敛
输入文件使用Multiwfn生成，.inp文件和.out文件如下所示，希望各位老师不吝赐教！

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-9 16:41
或许可以试试看DFT+U，可以帮助过渡金属氧化物更容易scf收敛。

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-9 18:03

Stardust0831 发表于 2025-10-9 16:41
或许可以试试看DFT+U，可以帮助过渡金属氧化物更容易scf收敛。

谢谢您的建议！
可是DFT+U不支持k点，只能超胞用Γ点计算。可是后续需要计算小分子吸附能，所以必须用k点，所以不知道怎么用DFT+U了

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-9 19:10

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-9 18:03
谢谢您的建议！
可是DFT+U不支持k点，只能超胞用Γ点计算。可是后续需要计算小分子吸附能，所以必须用k ...

小分子吸附能应该是需要slab足够大，来避免周期性镜像间虚假的相互作用。
所以扩超胞来算没问题的。
另外你既然是slab，不要在非周期性方向考虑k点。

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-10 00:27

Stardust0831 发表于 2025-10-9 19:10
小分子吸附能应该是需要slab足够大，来避免周期性镜像间虚假的相互作用。
所以扩超胞来算没问题的。
另 ...

谢谢您的提醒！
扩过胞用OT计算，在1e-4震荡；z方向k点加了和没加一个样，震荡；k点加到10*10*1，震荡；截断能加到1000,震荡；mixing那几个参数改大改小还是震荡；BS、自旋极化加了去了都一样，震荡。甚至都轮不到开始几何优化，连scf都收敛不了
只能说cp2k快确实快，算不出来也是真算不出来。
试了小半个月，还是用回castep了，慢点，但起码scf能收敛lol

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-11 11:43

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-10 00:27
谢谢您的提醒！
扩过胞用OT计算，在1e-4震荡；z方向k点加了和没加一个样，震荡；k点加到10*10*1，震荡； ...

当然是扩胞以后dft+u呀

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-15 00:51

Stardust0831 发表于 2025-10-11 11:43
当然是扩胞以后dft+u呀

好的老师！我现在这么想的：
1，扩胞Fe2O3至15*15A左右，然后用DFT+U几何优化以及优化001晶面
2，用高精度k点几何优化小分子NO
3，把NO放到Fe2O3的001表面几何优化
4，分别计算Fe2O3+NO、Fe2O3、NO的单点能，相减得到NO在Fe2O3的吸附能
求教老师第三步和第四步是选择和第一步一样的DFT+U吗？若是，那第四步计算小分子单点能只能使用γ点计算，那样会准确嘛？

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-15 09:28

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-15 00:51
好的老师！我现在这么想的：
1，扩胞Fe2O3至15*15A左右，然后用DFT+U几何优化以及优化001晶面
2，用高 ...

给单独的小分子NO加k点没有任何意义。
算NO的能量和Fe2O3维持同样的box，只考虑gamma点即可。

作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-10-15 09:58

Stardust0831 发表于 2025-10-15 09:28
给单独的小分子NO加k点没有任何意义。
算NO的能量和Fe2O3维持同样的box，只考虑gamma点即可。

是这样吗？我觉得和基组泛函截断能等影响因素类似，“让数据可以相互运算/有可比性，应使含k点在内的计算级别统一”的要求的优先度应该高于“不同体系对k点要求不同，单独的小分子不加k点”的经验才对吧，哪怕算小分子的结果随k点增大收敛很快以至于gamma点都可用。

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-15 11:19

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-10-15 09:58
是这样吗？我觉得和基组泛函截断能等影响因素类似，“让数据可以相互运算/有可比性，应使含k点在内的计算 ...

谢谢老师的讨论！
请问老师，我在#7的步骤，在第二步几何优化小分子和第四步分别计算Fe2O3、NO单点能时，都应该在15A*15A晶胞中使用Γ点计算吗？
我一直担心计算NO的单点能只用Γ点会不会不准确

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-15 16:15

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-10-15 09:58
是这样吗？我觉得和基组泛函截断能等影响因素类似，“让数据可以相互运算/有可比性，应使含k点在内的计算 ...

不是啊，他算的是吸附，是需要超胞足够大来避免周期性镜像间虚假的相互作用的，此时也是gamma点就足够。
他吸附模型都是DFT+U、只考虑gamma点、大box。没道理给一个没有周期性的小分子开k点。
维持box一样大，只考虑gamma点就行

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-15 16:17

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-15 11:19
谢谢老师的讨论！
请问老师，我在#7的步骤，在第二步几何优化小分子和第四步分别计算Fe2O3、NO单点能时 ...

对于没有周期性的情况，没有开k点的必要。（对于slab的非周期性方向也不应该开k点）
个别带了k点的情况也是为了统一计算级别。但此时超胞也是只考虑gamma点，没道理突然给小分子k点。

作者
Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-10-15 17:09
本帖最后由 Uus/pMeC6H4-/キ于 2025-10-23 21:06 编辑

Stardust0831 发表于 2025-10-15 16:15
不是啊，他算的是吸附，是需要超胞足够大来避免周期性镜像间虚假的相互作用的，此时也是gamma点就足够。
...

哦，你是说“小分子和基底统一用gamma点”，那和“小分子和基底统一用更大k点”一样，也符合我说的“含k点在内的计算级别统一”。
我担心的是综合考虑能投入的计算资源、吸附的覆盖度要求、避免周期镜像间虚假相互作用的要求以后，能算得动的超胞尺寸仍然需要用更大k点才适合算准的情形（就像http://bbs.keinsci.com/thread-56130-1-1.html这帖一样）。
就本帖而言15埃是够避免虚假相互作用了，但对Fe2O3的(001)表面来说还不太够只用gamma点就能算准的程度吧……？

编辑：看http://bbs.keinsci.com/thread-56444-1-1.html里社长的回复

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-15 17:25

Stardust0831 发表于 2025-10-15 16:17
对于没有周期性的情况，没有开k点的必要。（对于slab的非周期性方向也不应该开k点）
个别带了k点的情况 ...

好的！谢谢老师的耐心指导！！

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-15 18:23

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-10-15 17:09
哦，你是说“小分子和基底统一用gamma点”，那和“小分子和基底统一用更大k点”一样，也符合我说的“含k ...

谢谢老师指导！
您所说的“对Fe2O3的(001)表面来说还不太够只用gamma点就能算准的程度吧”，
请问表面的几何优化应该扩胞至多大呢，通过计算哪个参数才知道扩胞大小合理呢？

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-16 01:21

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-15 18:23
谢谢老师指导！
您所说的“对Fe2O3的(001)表面来说还不太够只用gamma点就能算准的程度吧”，
请问表面 ...

其实我觉得15A一般就够用了，绝大部分体系在25A内能收敛。
想知道具体多少合适的话，可以做收敛性测试。

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-16 01:24

Uus/pMeC6H4-/キ发表于 2025-10-15 17:09
哦，你是说“小分子和基底统一用gamma点”，那和“小分子和基底统一用更大k点”一样，也符合我说的“含k ...

其实这个问题换一个可以同时考虑k点并支持DFT+U的程序，就不需要纠结这么多了。不知道QE和ABACUS这些免费程序里有没有满足当前需求的。

现在cp2k的困境就是不开DFT+U会scf难收敛，开DFT+U的时候，听楼主的意思似乎没法考虑k点

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-16 10:07

Stardust0831 发表于 2025-10-16 01:24
其实这个问题换一个可以同时考虑k点并支持DFT+U的程序，就不需要纠结这么多了。不知道QE和ABACUS这些免费 ...

谢谢您的解答！QE这些平面波软件计算比cp2k还是慢多了，但现在看来确实换软件比较方便了

作者
Author: Stardust0831 时间: 2025-10-16 10:24

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-16 10:07
谢谢您的解答！QE这些平面波软件计算比cp2k还是慢多了，但现在看来确实换软件比较方便了

QE会慢一些，但是磁性体系很稳健。
ABACUS可不慢，以Si体系为例：

ABACUS通过使用和cp2k相同的赝势，以及由此赝势生成的轨道文件进行EOS计算。在其他参数尽可能对齐的情况下，ABACUS的平面波方法（pw）计算精度最高，但耗时最长；ABACUS的轨道方法（lcao）计算精度略低于平面波（pw）方法但优于CP2K，同时耗时约为cp2k的60%，在精度和效率上均优于cp2k。

详见：ABACUS对比CP2K精度和效率测试 | Si的状态方程（EOS）

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-10-31 23:52
后续：换用DFT+U和OT完美收敛，吸附多种小分子后也很容易收敛
如果不需要计算轨道信息，使用OT确实是个好方法

作者
Author: Assiduitas 时间: 2025-11-1 09:39

喝酸奶的巧乐兹发表于 2025-10-31 23:52
后续：换用DFT+U和OT完美收敛，吸附多种小分子后也很容易收敛
如果不需要计算轨道信息，使用OT确实是个好 ...

请问你使用DFT+U，这个U的参数值是怎么选择的？具体的数值来源是哪？

作者
Author: 喝酸奶的巧乐兹 时间: 2025-11-5 09:54

Assiduitas 发表于 2025-11-1 09:39
请问你使用DFT+U，这个U的参数值是怎么选择的？具体的数值来源是哪？

参考了一点文献的u值，3左右，然后用这个u值进行了几何结构优化，得到的晶胞参数与实验值非常吻合，就这么确定的
不过我也不知道这是不是最合理的做法

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