GaN slab模型结构优化后表面原子弛豫问题

noodles的困惑

Epikur 发表于 2021-11-20 15:23
未固定的原子，固定的原子的受力就不管了

根据实际计算的情况，确实是如此。
谢谢老师！

卡开发发

noodles的困惑 发表于 2021-11-20 15:44
感谢回复！
关于第二点，我可以确定，除了测试的NWRITE，其他的输入文件以及参数设置完全相同，这个问题 ...

1、仅未固定的原子。
2、VASP会出现构型优化的结果和自洽对不上的情况（即便不变晶格），迄今为止我没弄清楚全部的原因，虽然有时候单看能量差异并不大。建议精度充分的情况下多cp CONTCAR POSCAR优化几遍再自洽可能能拿到自洽和构型优化一致的结果。
继11楼：

当然我也想过您的这种方式，不过我觉得”固定底层原子，弛豫上层原子”的做法比较合理一些，而且弛豫前后的能量就是“表面能”吧。

这点我不能完全认可，表面能按计算上的定义应该是一个块体劈开为两个板后单位面积所发生的能量变化，此时产生的两个面（即上下面）都是弛豫的。相对来说9楼的说法稍显合理一些，但真正更合理的方式肯定是测试到收敛。且IDIPOLE确实容易导致SCF不收敛一些，建议先把结构优化做出了再加。
2、未必可靠，可能出现的情况是这样的结果自洽和你构型优化能量差很多，甚至可能自洽还是不收敛。所以一般最好建议第一个离子步中的电子步尽可能能做收敛。
3、真空层高度稳妥起见其实也可以进行收敛性测试，不过平面波计算量会与真空层尺寸正相关，更多因素还是用不起。isif=2不会收缩，此时根本就不允许晶格尺寸弛豫了。

noodles的困惑

卡开发发 发表于 2021-11-20 17:43
1、仅未固定的原子。
2、VASP会出现构型优化的结果和自洽对不上的情况（即便不变晶格），迄今为止我没弄 ...

谢谢发发老师逐条解答！学到了很多！
关于“表面能”的讨论，我觉得问题在于两个方面：
1、表面能的定义。我之前帖子所说的“slab模型弛豫前后能量的变化是表面能”确实有不妥，还应加上“单位面积”这一条件，不过对于同一研究体系，不知是否可以直接比较能量的差异？
2、对称slab模型和非对称slab模型。对于这两种模型有不同的研究方式：对称slab模型是关于模型中心某个面对称，也就是slab上下面都是研究对象——“表面”，故在计算表面能时“固定模型中心处几层原子模拟体相，上下方的原子允许弛豫”，而非对称slab模型——也就是我用的结构——需要“固定底层原子，上层原子允许弛豫”。所以我的理解是，用slab模型模拟表面然后研究吸附时，选择性弛豫原子（固定底层和弛豫上层）是必要的，只不过根据所用的slab模型的对称性来选择相应的方式，九楼帖子中老师说的“弛豫整个slab”会导致弛豫后整个slab模型与实际的表面会有较大偏离，当然前面所说的slab模型也不是和实际情况完全相符，但应该是比弛豫整个slab来的合理一些？想听一听发发老师和九楼老师的看法~

谢谢!

下图是《Density functional theory A practical introduction》中文版中有关非对称slab模型的部分。

卡开发发

noodles的困惑 发表于 2021-11-21 14:26
谢谢发发老师逐条解答！学到了很多！
关于“表面能”的讨论，我觉得问题在于两个方面：
1、表面能的定 ...

1、相同的体系表面积因为一样可以比较，要讨论的主要是一个块体劈开无论怎样都会形成两个表面，从这个角度说这两个表面都弛豫才是符合真实物理的，以足够的层高全部弛豫才是最合理的。反而去做固定是人为施加的，或者可以看出某些数学技巧，但这种方式并不见得能完整复现客观的约束。
2、9楼的意思应该并不是弛豫完整表面会与实际有较大偏离。我对书中的说法并不认同，我看法是这样：
（1）约束优化
把结构固定在体相的坐标不一定能保证这个部分的性质与体相一致，你固定的只是核坐标，从原理上说你其实只是能保证原子核所产生的核-核排斥与处于块体时的贡献是一致的，而电子的分布你没办法固定，因此还是会对这部分区域电子密度、静电势等产生扰动。如果要减少这部分的扰动，就得足够高的层高或者使用等效的电荷模型。非要结合固定底层原子的方法也是在上述基础上要保留额外足够高度被固定的原子，这样才是合理的，计算量上也未必有优势。
（2）对称表面
只有部分体系能保证切出的表面既存在对称性还能保证符合计量比。强行符合对称的情况而放弃计量比，处理不当不只是复现不了实际化学环境，甚至SCF迭代的稳定性都会出问题，所以这种情况我建议还是足够的真空层高并对静电势计算上面引入修正更为合适。
上述观点未必与主流看法一致，所以如何选择你可以考虑一下，或者我们可以继续讨论。