用castep进行晶体的结构优化后，提示优化失败，怎么办？

zhongyuabc

我用的赝势是Norm conserving,泛函选择如图2所示，其他参数采用默认设置。
我计算的这个晶体里面含有氢键，但是由于氢键数目太多，我在castep里面没有生成氢键，是否是因为这个原因导致的不收敛？但是我之前算过同样具有氢键的晶体，是能够优化成功的。
不知道是否有朋友知道怎么做，求帮助，非常感谢！

卡开发发

1、很多参数不是选个medium就完了，K点和截断能甚至是FFT的精度都应当严格测试才行，这些参数会影响force、stress的结果，一定可能性会导致结构优化难以收敛；

2、为啥要用模守恒赝势呢，又不是使用杂化泛函，模守恒赝势往往需要配合相当高的截断能，超软赝势岂不是很好？

3、色散修正方法TS不如DFT-D2；

4、固体的计算对称性如果能够使用的话尽可能使用一下。

zhongyuabc

谢谢您耐心解答，但是有些问题还需要向您请教
（1）我选择medium只是首次计算，我想看看当前的参数设置是否合理。k点和截断能的测试我一般是按照先增加截断能优化结构比较晶胞参数与实验值的误差，之后确定下一个截断能增加K点又进行结构优化，最后确定下k点和截断能，不知道是否是这样测试的？您是怎么测试的呢？
（2）我选择模守恒赝势是因为我用同样参数算能量的时候，超软赝势算得的能量不收敛，所以我才换为模守恒
（3）您说的色散修正方法DFT-D2是在哪里可以定义呢？
（4）您提到的使用对称性是怎么做呢？
望能再次得到您的解答，谢谢

卡开发发

zhongyuabc 发表于 2016-6-7 21:25
谢谢您耐心解答，但是有些问题还需要向您请教
（1）我选择medium只是首次计算，我想看看当前的参数设置是 ...

1、我自己做测试一般这样考虑：
（1）FFT精度充分的情况下（如超软的FFT至少是Fine以上了），选择充分的截断能（如超软赝势我可能考虑800eV，模守恒1500eV），然后不断提高K点来进行单点能计算，使得能量能够收敛到结构优化的标准之下（实际上最好力和压力也最好能够收敛，不过不是很容易实现）；
（2）在测试得到的K点上重新测试截断能，如果测试的截断能未超过第（1）步中设定的截断能，取这个截断能就行了；如果超过（1）中设置的截断能，应该设置到当前截断能重新测试K点，直至K和截断能全都收敛；
2、应该不是赝势本身的问题，有可能使用超软赝势的时候精度不够高，如截断能、FFT的精度不足导致SCF难收敛；
3、DFT-D2就是CASTEP、DMol3中的Grimme的DFT-D方法；
4、对于CASTEP来说，就是find symmetry然后使用primitive cell了。

zhongyuabc

卡开发发 发表于 2016-6-7 22:51
1、我自己做测试一般这样考虑：
（1）FFT精度充分的情况下（如超软的FFT至少是Fine以上了），选择充分的 ...

非常感谢您的解答，祝您端午节快乐！
关于第一个问题，我是这样理解的：按照您说的方法进行截断能的设置，然后提高k点算截断能，然后再结构优化，然后看能量曲线是否收敛吗？
我对于不断K点进行单点能，是能量收敛到结构优化的标准之下还是有些不太懂。望能再次得到您的解答，非常感谢！

卡开发发

zhongyuabc 发表于 2016-6-10 08:41
非常感谢您的解答，祝您端午节快乐！
关于第一个问题，我是这样理解的：按照您说的方法进行截断能的设置 ...

不是，将k点从低到高设置，计算单点能，记录不同k点大小对应的单点能并且按照k由低到高排列，当前一个k=i对应的能量和后一个k=i+1对应的能量小于某个值Tol的时候，就认为是测试达到收敛，计算就采用k=i的就行，这个Tol就是你收敛性测试对应的精度。

这个Tol的值应该小于你优化结构时能量收敛的标准（如castep对应fine精度的是1e-5 eV/atom），但应当大于scf的精度（如Fine对应的1e-6 eV/atom）。

zhongyuabc

卡开发发 发表于 2016-6-10 13:01
不是，将k点从低到高设置，计算单点能，记录不同k点大小对应的单点能并且按照k由低到高排列，当前一个k=i ...

哦，恍然大悟！非常感谢您

zhongyuabc

您好！还有一个问题需要向您请教，为此给你带来麻烦，深感抱歉。
单点能是指castep输出结果中的Final energy 吗？因为我计算了几组数据，发现要是能量差在那么小的范围似乎有些难度。而vasp里面关于截断能和K-point的测试是两次能量差小于0.001ev。所以我不知道是否应该比较的是final energy所对应的数值。

卡开发发

zhongyuabc 发表于 2016-6-10 17:03
您好！还有一个问题需要向您请教，为此给你带来麻烦，深感抱歉。
单点能是指castep输出结果中的Final ener ...

总能的差还要再平均到per atom就不会那么大，vasp也这样，一般要是不计算声子谱之类的话，一般1meV/atom也差不多。

vasp和castep或是quantum espresso这些平面波程序都得做这些测试，涉及到的计算方法基本大同小异，了解原理的情况下，有些（原理上一致的）做法不妨照搬。比如基本的收敛性测试、ftting EOS等手段也可以搬过来，通过perl脚本实现。

zhongyuabc

嗯，好的，这下子我清楚了，谢谢您

zhongyuabc

卡开发发 发表于 2016-6-10 19:38
总能的差还要再平均到per atom就不会那么大，vasp也这样，一般要是不计算声子谱之类的话，一般1meV/atom ...

前辈，我固定一个截断能，然后增加k-point能够达到能量收敛，但是我固定k-point，改变截断能的时候，能量变化值不能达到您说的那个范围值，这是怎么回事呢？不知道您是否遇到过这样的问题？

卡开发发

zhongyuabc 发表于 2016-6-11 13:57
前辈，我固定一个截断能，然后增加k-point能够达到能量收敛，但是我固定k-point，改变截断能的时候，能量 ...

截断能也是，会依赖interval的选取，所以要把interval除掉，一般1meV/per 100eV ENCUT per atom应该也就差不多了。

我觉得可以做个讨论，其实我个人认为这个标准其实还是太任意了，还应该考虑这些：
(1)收敛测试应该考虑force和stress
每一步的离子步（结构优化）原子的移动和晶格的变化与energy、force、stress相关。因此只有energy、force、stress在收敛性测试收敛，才可以认为“对于当前结构做一步结构优化，即便升高100eV的截断能，所给出的新的结构也不会差很多“。
(2)小于离子步（优化结构）的收敛标准
如果你的收敛性测试的误差比离子步的收敛标准还高（如force或stress），有一定可能性force和stress因为这部分误差而一直不小于离子步收敛标准，从而离子步就永远在某几个结构间振荡。

zhongyuabc

卡开发发 发表于 2016-6-11 17:28
截断能也是，会依赖interval的选取，所以要把interval除掉，一般1meV/per 100eV ENCUT per atom应该也就 ...

（1）前辈，您说的把interval除掉是什么意思呢？还有您后面那句“1meV/per 100eV ENCUT per atom应该也就差不多了”我不太懂是什么意思？
（2）我现在遇到的问题是，我增加截断能，它的能量一直在不断增加，相邻两次计算单点能能量差为0.2231eV之间变换。我现在计算体系是104个原子，所以平均到每个原子上能量还是不足收敛标准
（3）在castep教程里有这样一段话：The lattice vector should be approximately 5.731 Å, giving an error of about 1%. This is within the 1-2% typical error that is expected for pseudopotential plane-wave methods in comparison with experimental results. An over-estimation of the lattice parameters is typical of the GGA functional, use of LDA functionals may result in under-estimation.More advanced exchange-correlation functionals such as PBESOL or WC are designed to produce more accurate crystal structures
Convergence testing is always required to establish that the settings are sufficiently accurate. In this case you can repeat the calculations with a higher energy cutoff and with more accurate k-point sampling.这里面提到的收敛性测试就是我们之前讨论的这些吗？为什么教程里面没有说什么样的标准才叫收敛呢？

不好意思，问题有点多，给前辈带来麻烦深感抱歉，在此非常感谢前辈的悉心指导。

zhongyuabc

卡开发发 发表于 2016-6-11 17:28
截断能也是，会依赖interval的选取，所以要把interval除掉，一般1meV/per 100eV ENCUT per atom应该也就 ...

前辈，关于您说的1meV/per 100eV ENCUT per atom,我是这样理解的：我现在计算的截断能间隔值是50ev，体系有104个原子，然后相邻两个截断能计算所得的能量差最小值为0.14994ev.用0.14994÷50÷104=2.88e-5 eV/atom. 所以这样是可以了吗？
我用的精度也是Fine，但是不在您之前说的那个范围内-“这个Tol的值应该小于你优化结构时能量收敛的标准（如castep对应fine精度的是1e-5 eV/atom），但应当大于scf的精度（如Fine对应的1e-6 eV/atom）。”

卡开发发

zhongyuabc 发表于 2016-6-13 09:21
（1）前辈，您说的把interval除掉是什么意思呢？还有您后面那句“1meV/per 100eV ENCUT per atom应该也就 ...

(1)你测试截断能总有个间隔吧，比如50eV、100eV，也有用150eV的，不同的间隔能量变化肯定不相同，我觉得应该都换算到per 50 or 100eV的间隔，否则不同的间隔分别作出的收敛性测试就没啥可比性了；

(2)你指的单点能能量差是总能的能量差么？0.2eV/100原子差不多，如果你截断能测试的间隔是100eV的话，也已经到了2meV的数量级，体系如果很大，其实也就差不多了；

(3)castep没说，但vasp说了一些（如弹性模量计算章节中，手册建议There are a few caveats to this approach: most notably the plane wave cutoff needs to be sufficiently large to converge the stress tensor. This is usually only achieved if the default cutoff is increased by roughly 30 %, but it is strongly recommended to increase the cutoff systematically (e.g. in steps of 15 %), until full convergence is achieved.不少元素默认的动能截断在400eV左右，如果15%的话，间隔为50其实比较合理，实际上一般结构优化我也还是建议把pressure的收敛考虑一下），但一般收敛性测试也都是看具体计算需求而定，如某些文章给出计算参数就会指明收敛性测试的标准是什么。

吐个槽吧：CASTEP的教程中，很多计算不做测试这种做法很危险，比如弹性常数的计算，其实默认的精度如medium，往往是不够的；还有DFT+U的问题，教程竟然说调整U值为了吻合实验值。