关于使用CP2K进行镧系4f电子体系的周期性计算的疑惑

记忆与星空

各位老师，新年好。

我目前希望使用CP2K对含4f镧系元素的周期性体系进行计算，但由于对软件的不熟悉有一些疑问，还希望各位老师不吝赐教。

背景：
由于镧系元素的强关联作用不可忽略，传统的PBE和LDA+U计算无法给出绝缘体基态。而文献中提到，可以使用Meta-GGA或者HSE06这类杂化泛函进行计算。
我之前一直使用OpenMX和Quantum Espresso（QE），但这两个软件对于稀土元素的支持不甚理想，尤其是对于PBE和LDA之外的泛函的支持。
OpenMX无法进行Meta-GGA和HSE06计算；而QE虽然支持，但需要Norm-Conserving（NC)赝势。
对于镧系元素，我尚未找到合适的全相对论NC赝势。虽然可以自己生成，但考虑还需要进行后续的测试，这个工作量过于巨大，已经超越我的目前课题范畴了。
文献中使用vasp进行计算，但组里由于只有我一个做第一性计算的，没有购买这类商业软件。
然后我发现CP2K似乎有着比较全面的GTH赝势和基组支持，可以进行相关计算。

从而，我开始学习使用CP2K进行相关计算，但GPW和GAPW方法与我之前使用的方法的差异性，还是令我感到疑惑。
疑惑：
1. CP2K中似乎没有SOC的选项，对于重元素的赝势计算也是只打开自旋极化，我很好奇这样的合理性，我是否需要使用全电子方法，然后打开DKH2。
2. 我在CP2K中的目录中发现了，包含SOC的赝势文件GTH_SOC_POTENTIALS，我想请问这类赝势的效果与适用范围。
3. CP2K对于Wannier90的输入文件的生成的功能似乎还在开发中，但仍提供了相关的接口，请问我可以使用这个模块生成Wannier90的输入文件吗?
4. CP2K中有生成MLWF或者类似WF的方法吗，如果可以得到MLWF和hopping文件，对我后续的研究比较方便。
5. 我发现Sirius模块几乎可以支持和Quantum Espresso差不多的功能，并且支持使用QS模块中的赝势（经过测试的可靠的赝势和基组是我目前计算中最需要的东西），想问这个模块的稳定性和耗时，速度和QE差不多吗？
6. CP2K的赝势可以转换成供QE使用的UPF格式吗？
7. 之前在论坛中我发现大家绘制DOS中出现展宽这类词，所以实际上PDOS模块输出的是计算出来的各能带的能量和相关轨道的贡献吗？
8. 我注意到一些讨论里说OT方法有一些局限性，除了不适用导体之外，还有什么其它局限性吗？如果对于导体我获得了一个收敛结果，这个结果可以使用吗？甚至有人说过CP2K本身就不适合计算这些金属导体系统，不知道这种论断背后的原因是什么。

最后不知道各位老师有没有其它，对于稀土元素处理得比较好的第一性计算软件的推荐，可以进行Meta-GGA，HSE06这类泛函。

麻烦各位老师了。



吐槽：
CP2K中DFT+U居然比不加U还容易收敛，真的有点离谱。

sobereva

1 CP2K的GW、TDDFT支持考虑SOC，作为主要计算模块的quickstep不支持基态DFT计算时考虑SOC，但纯平面波的sirius模块支持。全电子计算和是否能考虑SOC是两码事，quickstep模块对DKH2只支持标量部分，没法做二分量DKH2计算，因而无法体现SOC效应。

2 这是给&BANDSTRUCTURE对应的GW计算得到考虑SOC的能带时用的。不做GW就和你没关系

7 CP2K自己的PDOS功能很难用，建议用Multiwfn绘制DOS。Multiwfn也可以基于CP2K绘制能带图。Multiwfn还可以对CP2K计算的各个晶体轨道做轨道成分分析

8 “CP2K本身就不适合计算这些金属导体系统” 是中文互联网上广泛流传的以讹传讹的胡说八道，我专门写过文章进行严厉的批判：
驳网上流传的对CP2K缺点的不实描述
http://sobereva.com/729（http://bbs.keinsci.com/thread-50094-1-1.html）
欢迎积极传播此文以正视听。

CP2K算稀土类体系没有任何问题（如J. Chem. Theory Comput. 2023, 19, 1, 82–96等，以及文中引用的其它文章和引用此文的文章，以及CP2K开发者自己的文章如Phys. Scr., 90, 094014 (2015) ），前提是必须正确使用，怎么正确使用在北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/KFP）里讲得极尽充分，讲DFT+U的部分还给了涉及稀土体系的具体例子。

记忆与星空

sobereva 发表于 2025-2-12 06:00
1 CP2K的GW、TDDFT支持考虑SOC，作为主要计算模块的quickstep不支持基态DFT计算时考虑SOC，但纯平面波的sir ...

感谢sob老师的回复，关于老师提到的GW方法，我想问下进行这类计算的时候可以考虑U吗，还是类似杂化泛函，本身就是对DFT的一种修正，不需要U。因为我发现GW也是为了解决DFT的带隙问题提出的。

sobereva

记忆与星空 发表于 2025-2-12 10:20
感谢sob老师的回复，关于老师提到的GW方法，我想问下进行这类计算的时候可以考虑U吗，还是类似杂化泛函， ...

GW自己就是高精度方法，恰当方式做GW比用HSE06更准，GW计算没有+U的事

记忆与星空

sobereva 发表于 2025-2-12 22:18
GW自己就是高精度方法，恰当方式做GW比用HSE06更准，GW计算没有+U的事

感谢sob老师，我自己再学习一下。

卡开发发

6、原则上可以，或许可以通过将CP2K-GTH转换成CPMD-GTH的格式再通过QE的upfconv.x去转换，不过一些细节需要摸索一下。我个人看法是意义不大，CP2K的赝势对于QE来说太硬了，算起来很慢，并且赝势可靠性比起QE支持那几种软赝势通常要差。
8、OT确实不适合导体，如果你是通过OT获得的导体计算的结果，那么可能需要小心。CP2K除了支持OT，也支持标准本征值求解方案，后者对导体没问题，同样采用标准求解方法CP2K是可以对大多数体系都比平面波快，但与稀疏性无关，尤其是基于标准求解方法，但其实这也是大多数基于LCAO的程序都能做到的。
另：
1、GW是一种计算fundemental gap高精度的方法，是否使用得看你要讨论的问题是什么。GW得看具体哪种GW，比如G0W0或者GW0部分计算只是做one-shot的迭代，这种情况零级波函数和电子密度构造方式存在影响。
2、Meta-GGA对过渡金属带隙改善微乎其微。
3、OpenMX并非不能算杂化泛函，他们代码当中有ERI（电子排斥积分）的部分，相关讨论在他们官网的Tech Notes。但是不推荐使用，一个是不完善，一个是从他们和别人的论文来看他们这种计算方法速度非常慢，在3.2GHz的CPU上，一个排斥积分需要按秒记。

记忆与星空

卡开发发 发表于 2025-2-13 15:12
6、原则上可以，或许可以通过将CP2K-GTH转换成CPMD-GTH的格式再通过QE的upfconv.x去转换，不过一些细节需要 ...

感谢老师的指导，那我后续对计算结果还要再处理一下。