弛豫与静态自洽的参数问题

lei234

请教大家几个问题：

    1） 每个结构计算前都要做弛豫计算，请问这里的弛豫指的是几何结构还是离子的弛豫？几何结构就是指晶胞参数？可是在弛豫之前应该测试过晶胞参数了，所以弛豫只是指离子的弛豫？
    2）弛豫时的IBRION =2，静态自洽时 IBRION =-1，请问这个参数是弛豫和自洽的主要区别吗，还有哪些参数的设置能体现做的是弛豫计算还是自洽计算？  
    3）算态密度的时候，弛豫完要做一次自洽，然后再加参数算态密度，请问为什么要做一次自洽？而且自洽的时候要用到弛豫后的CONTCAR,但最后算态密度的时候好像并没有用到自洽后的任何文件，是吗？那如果这样，为什么要有自洽这一步？这一步和弛豫的主要区别是IBRION =-1，是吗？还有其它参数的改变吗？

卡开发发

1、离子弛豫：离子指的是去掉价电子的原子，实际上指的就是原子核；弛豫指的是这些原子核的位置从一个非平衡的位置通过运动，逐渐变为平衡的位置。所以离子弛豫指的就是原子核的位置从一个非平衡位置移动到平衡位置的过程。所谓的结构就是这些离子相对位置、晶格大小。一般而言，离子弛豫就是结构优化，很少做严格区别。

2、第二个问题可以这么理解。实际计算的过程是这样进行的，离子弛豫的每一步都要做电子步自洽(scf)，整个过程有两个循环完成：

(1)电子自洽，是个求解Kohn-Sham方程的过程，在确定结构上进行电子步自洽，直至能量或电荷密度达到电子步收敛的标准（EDIFF）或者达到电子步上限(NELM)还未收敛，输出能量、计算力；然后进入(2)；

(2)将反馈的能量和力通过势能面找极值点的算法反馈一个原子的位移，并且将这个位移分配给各个原子使之发生移动，得到新的结构；如果能量、力等达到离子步收敛标准或者达到离子步上限(NSW)计算结束。
因此电子步是内圈循环，离子步是外圈循环。大致的流程图我画在下面：

很显然，离子步往往需要算很多电子步，因此不会直接用最高的精度，在有限k点情况下，为了保证“力”计算正确及电子步迭代收敛，需要考虑适当的展宽(ismear≠-5)；展宽相当于在各个能级引进了0~1之间的分数占据，很显然对于半导体或者绝缘体计算能量、性质是相当不妥的。所以在离子弛豫过后，对弛豫后的结构提升精度和k点再进行无展宽的静态自洽（ismear=-5）计算，这个时候仅进行一次完整的电子自洽循环。

2、从上面看就能知道，离子弛豫过程实际上是电子步的自洽和离子运动交叉进行构成内圈和外圈的循环，静态计算则仅在当前结构进行电子步自洽，不管收敛与否计算结束直接跳出，即外圈的循环圈数为0。

3、算态密度就和1中最后提到的那样，因为离子弛豫中的电子步自洽采用了展宽引起电子占据不真实，计算态密度的结果是不可靠的。所以对这个离子弛豫后的结果重新进行精度稍高并且ismear=-5的电子步自洽，再进行态密度计算。态密度计算中，实际上用到了自洽得到的WAVECAR（在INCAR中其实考虑了ISTART=1）。

仅供参考，欢迎讨论:lol。

lei234

卡开发发 发表于 2014-12-29 17:03
1、离子弛豫：离子指的是去掉价电子的原子，实际上指的就是原子核；弛豫指的是这些原子核的位置从一个非平 ...

您的回答很有帮助，真心感谢~~~

lei234

卡开发发 发表于 2014-12-29 17:03
1、离子弛豫：离子指的是去掉价电子的原子，实际上指的就是原子核；弛豫指的是这些原子核的位置从一个非平 ...

还想请教下您，vasp里的弛豫、自洽计算和高斯里的一样吗？我原来一直用高斯计算的，不知道高斯里的几何优化、单点计算和vasp里的弛豫、自洽有什么对应关系，希望您能详细的讲解一下，不甚感激~:)

卡开发发

lei234 发表于 2015-1-3 10:58
还想请教下您，vasp里的弛豫、自洽计算和高斯里的一样吗？我原来一直用高斯计算的，不知道高斯里的几何优 ...

你的猜测应该是对的。很巧，我也是用Gaussian出身的，这样就非常好解释了。

几何优化就是离子弛豫，自洽计算就是单点能计算。你应该非常熟悉以下步骤：

Gaussian中，也是完全一样的操作，首先由初始结构做scf（就是电子步），得到当前的单点能及Hessian矩阵（力）等，按照力和位移的收敛标准做判断，如果没收敛，然后分配出位移给原有的分子结构，于是再计算新结构的能量、力。。。依此循环，直至达到收敛标准。

在离子弛豫后的这个静态自洽的过程更像是很早的一种做法：先用小一些的基组和弱一些的方法进行结构优化（如HF/6-31g*），然后提升精度计算能量（MP2）。但原理上有些不同的就是，PBC的计算还涉及到multi-k的问题，还涉及到ismear的问题，后面的静态自洽当然也是为了解决这个问题。