DMOL3异质结单点能计算电子步收敛趋势缓慢

江淮sh

大佬们，我在尝试使用DMOL3对TiCx-Cu界面异质结进行单点能计算，在这之前使用了castep确定了最佳的原子堆叠位点和总能最低的界面间距。但在采用DMOL3计算时：SCF收敛十分缓慢，甚至不收敛。下面是参数设置及初始结构：

在最开始的SCF电子步基本不收敛，

[size=14.6667px]
[size=14.6667px]主要是降低了Density mixing charge--0.1甚至0.05增加了Smearing到了0.0074甚至0.011只是有了收敛趋势但是收敛过于缓慢。考虑到存在一个C空位可能产生磁性勾选了Spin unrestricted-Use formal spin as initial未设置 Electronic Configuration ，但还是上述问题。
[size=14.6667px]
[size=14.6667px]

含光君

你的体系SCF收敛慢，一方面表现在收敛步数多，另一方面是每步SCF耗时过长。
解决收敛步数多：勾选Use DIIS，该算法有助于加速SCF收敛；
解决每步SCF耗时长：模型建得太大了！如无特殊需求上下至多各四层就行，三层也可。K点也取得过大，441即可。每步SCF应控制在10s左右，否则即使SCF收敛了结构优化至 收敛也会很慢。

aaq2800

use DIIS, use smearing都选上

江淮sh

含光君 发表于 2023-4-23 00:12
你的体系SCF收敛慢，一方面表现在收敛步数多，另一方面是每步SCF耗时过长。
解决收敛步数多：勾选Use DIIS ...

1.我在尝试勾选DIIS=10的时候发现确实收敛趋势加快了，但是1E-6的Scf_density_convergence还是需要大于100步才能达到（100步左右），期间我选取的smearing=0.005、0.0074、0.01（更大的展宽也有益于收敛）。想知道DIIS是不是越大对于收敛的效果越好？我在尝试DIIS6/10发现稍微有区别但不大，再就是展宽smearing取值的合理性如何通过结果文件看，是看kTS_e数值嘛？有没有大于0.01ev/atom？
2.我的模型确实较大，因为界面异质结的原因做了表面层数收敛他们的层数基本都在7以上。K的选取让我想到，我能否使用DMOL3做结构优化的时候先选取一个粗精度Medium（包括能量、K等均小于目标精度）,在获取的结构基础上再进行一次目标精度的几何结构优化

江淮sh

aaq2800 发表于 2023-4-23 08:05
use DIIS, use smearing都选上

我勾选了~想请教一下DIIS的数值一般选取多少比较合适呢

aaq2800

smearing我一般选0.002，值大了对精度影响也大，DIIS默认值就行

江淮sh

aaq2800 发表于 2023-4-24 09:57
smearing我一般选0.002，值大了对精度影响也大，DIIS默认值就行

smearing的话怎么看它合不合适呢？是不是得关注KTS值是不是0.01ev或者0.01ev/atom内。

含光君

江淮sh 发表于 2023-4-24 09:49
1.我在尝试勾选DIIS=10的时候发现确实收敛趋势加快了，但是1E-6的Scf_density_convergence还是需要大于10 ...

1.

想知道DIIS是不是越大对于收敛的效果越好

不好说，这一点肯定受体系差异影响。一般用默认值即可，如果特别想知道就对自己体系测试。

2.

再就是展宽smearing取值的合理性如何通过结果文件看

MS没有对这一点详细说明。可参照VASP wiki  ISMEAR条目的描述：（https://www.vasp.at/wiki/index.php/ISMEAR）
Too large smearing parameters might result in an incorrect total energy, small smearing parameters require a dense mesh of k points. SIGMA should be as large as possible, while keeping the difference between the free energy and the total energy (i.e. the term entropy T*S) in the OUTCAR file negligible (1 meV/atom).

3.

因为界面异质结的原因做了表面层数收敛他们的层数基本都在7以上

虽说如此做法比较严谨，但个人觉得意义不大。除非说层数对表界面电子结构有显著影响。否则没必要在此处把绝对能量算到如此精确。因为最后算反应自由能系统误差都会抵消。

4.

我能否使用DMOL3做结构优化的时候先选取一个粗精度Medium（包括能量、K等均小于目标精度）,在获取的结构基础上再进行一次目标精度的几何结构优化

可以，你所说的是常见的预优化思路。

江淮sh

含光君 发表于 2023-4-24 14:54
1.
不好说，这一点肯定受体系差异影响。一般用默认值即可，如果特别想知道就对自己体系测试。

好的关于DIIS的选取明白了~看到2中的TS值（自由能与总能之差）这个在castep中确实可以很好的进行对比计算，但是在dmols3的outmol中我没有找到对应的free energy ，仅有Sum of atomic energies总能。不知道对应的是费米能后面的KTS嘛~ 以及其中的“Spin polarization”这是说明体系中有磁性嘛？但其实体系是非磁性的只是有空位存在，这样的话是不是要勾选spin

江淮sh

含光君 发表于 2023-4-24 14:54
1.
不好说，这一点肯定受体系差异影响。一般用默认值即可，如果特别想知道就对自己体系测试。

因为，我发现对于有界面掺杂的体系在进行计算时会提示“You have requested a spin restricted calculation on a system with an odd number of electrons.This could cause DMol3 to fail to converge, or to converge to an unphysical ground state.
Please consider specifying a different charge, or choosing a spin unrestricted calculation.

Do you wish to continue anyway”但我在相似体系的论文中并未找到添加自旋的描述，因此我在想是否需要勾选[size=14.6667px]Spin unrestricted and [size=14.6667px]Use formal spin as initial，但不去单独设置原子的[size=14.6667px]Electronic Configuration->[size=14.6667px]Spin,以及不修改体系电荷数和电子自洽中的SPIN

含光君

江淮sh 发表于 2023-4-24 16:22
好的关于DIIS的选取明白了~看到2中的TS值（自由能与总能之差）这个在castep中确实可以很好的进行对比计算 ...

不知道对应的是费米能后面的KTS嘛

字面看像是这个意思。

但其实体系是非磁性的只是有空位存在，这样的话是不是要勾选spin

既然都已经提示你体系中存在单电子了，那就肯定要开spin

江淮sh

含光君 发表于 2023-4-24 23:36
字面看像是这个意思。

好的大佬，对于Core treatment--核处理方式的话用这个DSPP应该可以吧，根据我的元素。有过渡元素的应该要避免用全电子的吧~

含光君

江淮sh 发表于 2023-4-25 20:27
好的大佬，对于Core treatment--核处理方式的话用这个DSPP应该可以吧，根据我的元素。有过渡元素的应该要 ...

没错，虽然全电子理论上更精确，但会很慢。

江淮sh

含光君 发表于 2023-4-25 20:44
没错，虽然全电子理论上更精确，但会很慢。

好的感谢大佬~