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[综合交流] 高斯与VASP有哪些区别和联系?

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发表于 2018-9-25 14:28:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
刚接触VASP一段时间,个人感觉似乎很多方面和高斯具有一定相似之处。在网上找到了一些零碎的讨论,主要是说二者都是基于对薛定谔方程的近似求解,由于采用了不同的方法,高斯更适合计算分子和团簇等孤立体系,VASP则在周期性体系的计算方面更有优势。正好最近需要做一个PPT简单说明一下二者的关系,想请大家指教一下。

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发表于 2018-9-25 18:18:41 | 显示全部楼层
理论层面上没有太度不同,确实都是基于薛定谔方程近似(Kohn-Sham或Hartree-Fock或者post-Hartree-Fock)求解。根本的区别还是对体系态做展开时选取的基函数不同,VASP采用平面波,而Gaussian使用GTO作为基组,计算技术层面来说,两者主要区别:

1、平面波天生带周期性,必须搞个格子,计算量和格子大小有关,想要用在非周期性的体系并消除这个周期性影响的话就得另外想办法;反之,GTO想做周期体系的话需要将GTO做平移复制这样不断重复,但距离足够长之后就没什么贡献了,这样可以对这个平移进行截断,而算孤立系统不需要做什么处理。

2、平面波很难描述非光滑的态,如Coulomb势下靠近原子核的部分的波函数,所以绝大多数情况必须使用赝势或者在原子芯附近缀加其他种类的基函数,否则原则上并不能使用有限的动能截断展开;Gaussian函数虽然不能非常严格描述Coulomb势下靠近原子核的部分的波函数,但大指数的Gaussian函数在原子核附近与全电子的渐进是接近的,轻元素赝势可用可不用。

3、平面波可以通过动能截断来调整体系的基函数尺寸,可系统性控制计算精度,没有BSSE的问题,但基函数尺寸通常很大;GTO有BSSE的问题,但一般的计算中基组尺寸还是要小于平面波的。

简单来说,周期性的体系且格子比较小,这种情况适合平面波方法做,非周期性的情况就得用大的格子来模拟(甚至还得动用一些其他的修正),平面波当然能做,但效率就很低了。暂时能想到的就这么多,看看大家补充。

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发表于 2018-9-25 19:29:34 来自手机 | 显示全部楼层
VASP一般只用DFT。周期函数的傅里叶级数展开必须是以平面波为基的。几何构型和过渡态优化Gaussian完爆VASP。但VASP可以跨节点计算,Gaussian一般不行。

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发表于 2018-9-25 21:08:06 | 显示全部楼层
granvia 发表于 2018-9-25 19:29
VASP一般只用DFT。周期函数的傅里叶级数展开必须是以平面波为基的。几何构型和过渡态优化Gaussian完爆VASP ...

VASP侧重表面、体相材料,gaussian侧重分子,比较没有什么意义,就像比较玩篮球好还是玩排球好,各玩儿各的就好,没谁完爆谁

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发表于 2018-9-25 21:27:32 | 显示全部楼层
现在有些试图用GTO算周期性体系,甚至是相关方法的例子了。虽然早在1979年就已经有人这么干了,但是到现在还没有特别普及。

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发表于 2018-9-25 23:07:03 来自手机 | 显示全部楼层
coolrainbow 发表于 2018-9-25 21:27
现在有些试图用GTO算周期性体系,甚至是相关方法的例子了。虽然早在1979年就已经有人这么干了,但是到现在 ...

Crystal用的就是GTO

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发表于 2018-9-25 23:09:09 来自手机 | 显示全部楼层
hakuna 发表于 2018-9-25 21:08
VASP侧重表面、体相材料,gaussian侧重分子,比较没有什么意义,就像比较玩篮球好还是玩排球好,各玩儿各 ...

VASP也可以算孤立分子和团簇,你可以比较看看与高斯优化几何构型的效率。

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发表于 2018-9-25 23:18:55 | 显示全部楼层
granvia 发表于 2018-9-25 23:09
VASP也可以算孤立分子和团簇,你可以比较看看与高斯优化几何构型的效率。

能算固体的量化软件,无论GTO还是PW,基本都是商业化的
Crystal,VASP,QuantumEspresso,
都是我这个穷人用不起的东西

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发表于 2018-9-26 01:12:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 卡开发发 于 2018-9-26 01:36 编辑
coolrainbow 发表于 2018-9-25 23:18
能算固体的量化软件,无论GTO还是PW,基本都是商业化的
Crystal,VASP,QuantumEspresso,
都是我这个 ...

QE还是免费的吧,还有Abinit也可以是一种选择,GPAW也有平面波的模式。CP2K也免费,不过个人不算很喜欢。
近期忙。

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发表于 2018-9-26 01:36:03 | 显示全部楼层
granvia 发表于 2018-9-25 23:09
VASP也可以算孤立分子和团簇,你可以比较看看与高斯优化几何构型的效率。

其实优化算法上倒是不算很大的硬伤,VASP至少也提供了种方法适用于不同的情况,灵活运用的话也还成。还有其他克服的方法,如果还不行还可以考虑ASE或者Gaussian的External去调用,甚至还可以考虑自己搞个简单程序转换到内坐标。

但我个人觉得平面波做团簇或者分子的时候难以接受的是原子增加的时候电子数目变多,需要的格子也要变大,计算量增加的非常猛烈。没有好的计算资源的话,就计算表面而言,真空只要稍微大点,自洽过程都会让人寸步难行。
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发表于 2018-9-26 09:12:09 | 显示全部楼层
granvia 发表于 2018-9-25 19:29
VASP一般只用DFT。周期函数的傅里叶级数展开必须是以平面波为基的。几何构型和过渡态优化Gaussian完爆VASP ...

周期函数不一定是平面波展开的,LCAO方法处理周期体系的程序和文章一大波。同样,VASP 1个k点计算团簇的文章也一大波。  
Gaussian带Linda可以跨节点并行的,只是我们测试的效果不佳罢了。

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发表于 2018-9-26 09:13:54 | 显示全部楼层
coolrainbow 发表于 2018-9-25 21:27
现在有些试图用GTO算周期性体系,甚至是相关方法的例子了。虽然早在1979年就已经有人这么干了,但是到现在 ...


GTO作为展开基组计算周期体系还是很流行的,我十几年前就开始使用了

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发表于 2018-9-26 10:45:05 | 显示全部楼层
卡开发发 发表于 2018-9-25 18:18
理论层面上没有太度不同,确实都是基于薛定谔方程近似(Kohn-Sham或Hartree-Fock或者post-Hartree-Fock)求 ...

老师,是否也可以认为使用gaussian等程序可以通过截取周期性体系中的团簇计算周期性体系,当截取的团簇足够大时,周期性的影响可以忽略,进行截断,这样就可以使用gaussian等程序计算周期性体系?

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发表于 2018-9-26 11:04:10 | 显示全部楼层
再补一条:VASP使用DFT原则上可以根据选择的交换-关联泛函配合相应的赝势或者PAW;而Gaussian一般情况不会专门根据选择的交换-关联泛函去造赝势,并且赝势一旦选定,就得配合相应的赝势基组。
近期忙。

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发表于 2018-9-26 11:18:01 | 显示全部楼层
1130240115 发表于 2018-9-26 10:45
老师,是否也可以认为使用gaussian等程序可以通过截取周期性体系中的团簇计算周期性体系,当截取的团簇足 ...

按照道理说,团簇截取足够大的时候中间的区域应该逐渐接近固体的性质了,但不同材料这种收敛的速度可能不太一样,比如金属,有可能需要很大,所以选取尺寸就存在有一定任意性,还有边界原子的处理方案也太多了。这样思考方式当然是没问题的,因为即便在真实情况也并不存在什么周期性无限延伸充满全空间的晶体,不过就是一个相当大的颗粒,只是说有序性延伸远比原子分子尺度大罢了,这种情况周期性近似会更好一些而已。
近期忙。
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