VASP计算未知体系ISMEAR和SIGMA的设置

dingniu2

VASPwiki上建议
（一）对于不知道系统是绝缘体、半导体还是金属，使用ISMEAR=0 和SIGMA=0.03-0.05；
（二）半导体或绝缘体，k点足够多用ISMEAR=-5；金属，用 ISMEAR=1 或 ISMEAR=2 和SIGMA= 0.2；DOS计算和非常精确的总能量计算，用ISMEAR=-5。
有几点疑问请问大家：
（1）既然所有体系都能用（一）的设置，那（二）的这些设置的用途是什么？（二）的设置是对于特定的体系（半导体或绝缘体、金属）算的更快还是结果更精确？
（2）使用ISMEAR = -5时要求k点大于4，是k点总数还是abc每个方向上的k点数？
（3）DOS计算一定用ISMEAR = -5吗？
（4）在结构优化后，将SMEAR改成-5得到精确的能量，这种采用ISMEAR=-5得到精确的能量有必要吗？大家采用这种方法，还是用结构优化后静态计算的是不是-5都可以的ISMEAR获得能量？

卡开发发

1、精度和效率的平衡，ISMEAR=-5尽管不依赖展宽设置，所以电子结构信息可以稍微准确一些得到，但k收敛速度要慢一些，即对k点需求更大，尤其涉及到导数如力或应力计算时不太推荐。但是其实ISMEAR=0在展宽足够小的情况效果其实差不多，除非电子结构对展宽极其敏感的体系。
2、总k点数目，既然叫四面体积分么。。
3、也并不是，如果对电子结构计算要求没那么高，其实也可以用ISMEAR=0，如果希望精度稍高可以适当减小SIGMA并使用足够大的k网格。
4、一般如果真进行测试，会测试k点和SIGMA（注意这两个量会互相影响）。如果某个k点下SIGMA引入电子熵不那么大（如1meV/atom），且能量随着k收敛，那么引入的误差不会那么大，如果你关注的问题精度需求更高，则可以把这个收敛标准卡的更严（更小的SIGMA更大的k网格）。

dingniu2

卡开发发 发表于 2023-8-31 10:46
1、精度和效率的平衡，ISMEAR=-5尽管不依赖展宽设置，所以电子结构信息可以稍微准确一些得到，但k收敛速度 ...

感谢回复，还有3个问题请教：
1. 对于第（1）点，ISMEAR=-5比ISMEAR=0更精确，但是算的慢，对吗？
2. 如果材料为金属用（ISMEAR=1 或 ISMEAR=2 和SIGMA= 0.2）和（ISMEAR=0 和SIGMA=0.03-0.05）两者相比，哪个精度更高？哪个算的更慢？
3. 对于结构优化后的能量计算，用其它的ISMEAR+测试的SIGMA获得的能量精度永远只是接近ISMEAR=-5但不会超过，用ISMEAR取非-5的值只是为了加速计算，对吗？

卡开发发

dingniu2 发表于 2023-9-1 07:53
感谢回复，还有3个问题请教：
1. 对于第（1）点，ISMEAR=-5比ISMEAR=0更精确，但是算的慢，对吗？
2.  ...

1、前面提到了，如果用ISMEAR=-5，k收敛会很慢，那么对结构优化等过程要达到与ISMEAR=0配合合适展宽的情况来说，就会比较慢，但是如果ISMEAR=0如果用一个很小的展宽，k可能也要很大，那就没有速度优势了。主要引入展宽是可以减少k需求来实现计算力等信息获得加速。
2、两者其实都可以用，效果上可能ISMEAR=1or2会好些。
3、引入展宽绝大多数情况是为了减小k网格使用的需求，尤其是对金属，这事情我这么说你没啥体会，你找个金属测试下能量和力随着k增加收敛的情况就知道了。

dingniu2

卡开发发 发表于 2023-9-1 12:16
1、前面提到了，如果用ISMEAR=-5，k收敛会很慢，那么对结构优化等过程要达到与ISMEAR=0配合合适展宽的情 ...

感谢解答，差不多明白了。ISMEAR=0配以测试好的SIGMA值是一个万能的设置，不像ISMEAR=-5、1、2那样有诸多限制。对于任何体系的研究，我都用ISMEAR=0+测试过的SIGMA做结构优化、频率计算获取结构信息和热力学校正，再此ISMEAR=0+SIGMA下做静态自洽计算获得能量，在此结构下将ISMEAR改为-5做静态非自洽增加k点得到态密度。请问这个流程是最佳的吗？

卡开发发

dingniu2 发表于 2023-9-1 13:52
感谢解答，差不多明白了。ISMEAR=0配以测试好的SIGMA值是一个万能的设置，不像ISMEAR=-5、1、2那样有诸多 ...

问题不大，只要sigma合适基本差不多，如果非金属性体系要或者对电子结构精度要求高需要排除sigma影响的情况酌情ismear=-5即可。

乐平

卡开发发 发表于 2023-8-31 10:46
1、精度和效率的平衡，ISMEAR=-5尽管不依赖展宽设置，所以电子结构信息可以稍微准确一些得到，但k收敛速度 ...

借楼问一下卡老师关于“电子熵不那么大（1 meV/atom）”。

（1）电子熵在哪里可以看到呢？

（2）这里的 /atom 是指体系里总共的原子数吗？比如假如从（1）找到里找到电子熵为 X eV，对于6个原子的晶胞是否为 X/6 eV/atom，对于 40 个原子的超胞是否为 X/40 eV/atom 呢？

卡开发发

乐平 发表于 2023-9-1 16:11
借楼问一下卡老师关于“电子熵不那么大（1 meV/atom）”。

（1）电子熵在哪里可以看到呢？

1、看什么程序，对vasp来说，在开启ISMEAR=-1~2时在OUTCAR中有EENTRO字段。
2、是的，要除以原子数，晶胞能量均为广延量。当然对电子熵来说，这样还是粗略的，核心还是希望电子熵趋近或能外推到0，但有希望k的需求不那么高。

乐平

卡开发发 发表于 2023-9-1 16:33
1、看什么程序，对vasp来说，在开启ISMEAR=-1~2时在OUTCAR中有EENTRO字段。
2、是的，要除以原子数，晶 ...

谢谢卡老师回复

在 VASP 的 OUTCAR 里找到了

1. Free energy of the ion-electron system (eV)
   
2.   ---------------------------------------------------
   
3.   alpha Z        PSCENC =       108.73463580
   
4.   Ewald energy   TEWEN  =     -1328.57829858
   
5.   -Hartree energ DENC   =      -589.60710739
   
6.   -exchange      EXHF   =         0.00000000
   
7.   -V(xc)+E(xc)   XCENC  =       165.59120908
   
8.   PAW double counting   =      5056.68335638    -5064.85866655
   
9.   entropy T*S    EENTRO =        -0.00000069
   
10.   eigenvalues    EBANDS =      -224.26493298
    
11.   atomic energy  EATOM  =      1765.52668646
    
12.   Solvation  Ediel_sol  =         0.00000000
    
13.   ---------------------------------------------------
    
14.   free energy    TOTEN  =      -110.77311846 eV
    
15. 
    
16.   energy without entropy =     -110.77311777  energy(sigma->0) =     -110.77311812
    

复制代码

关于 2 的回复里，您说 “希望电子熵趋近或能外推到0，但有希望k的需求不那么高。”

我印象中是 energy(sigma->0) 对应的值，也就是 sigma -> 0，使得 ISMEAR 的展开趋近于 0 是否对应着电子熵外推到 0 呢？

后半句的“有希望 k 的需求不那么高” 是否是笔误，“又希望” ？

卡开发发

乐平 发表于 2023-9-1 17:23
谢谢卡老师回复

在 VASP 的 OUTCAR 里找到了

对，sigma->0是外推到0K的，但也是近似的。一般最有效的方法还是应该尽量控制展宽值，使得熵不要太大。
确实是笔误（二指禅打字typo在所难免）。

乐平

卡开发发 发表于 2023-9-1 17:28
对，sigma->0是外推到0K的，但也是近似的。一般最有效的方法还是应该尽量控制展宽值，使得熵不要太大。
...

嗯嗯，明白了。还是需要测试 ISMEAR，尽可能让电子熵小。

谢谢卡老师的讨论！