CP2K的GAPW全电子计算是否是真正意义上的全电子计算，和WIEN2K、ELK等有什么区别？

EnyuShi

科研过程中需要对比研究体系的赝势依赖性，所以需要全电子体系的计算结果对比，故产生以下疑问：
1、CP2K采用的GAPW是否是真正意义上的全电子计算，还是说仅仅是利用高斯基组在原子核附近重构全电子信息，并不是直接处理所有电子获得完整波函数；
2、CP2K的GAPW和WIEN2K、ELK软件的LAPW在全电子计算结果方面有何差异，CP2K能否准确描述？

sobereva

1 是真正意义的全电子计算（结合全电子基组时）
2 GAPW用原子中心基函数（高斯函数）展开轨道波函数，而用平面波作为辅助基用来高效求解Hartree势。LAPW对内核轨道通过求解径向KS方程得到，对价层轨道用LAPW基展开（牵扯到原子中心函数和平面波）。GAPW和LAPW的思想、算法有显著差异。原理上LAPW可以达到更好精度，在于LAPW求解内核态的时候考虑全电子相对论效应并且不依赖于基函数，并且LAPW描述非占据轨道更容易完备（但优势也看GAPW计算时用多大基组）。LAPW被认为是全电子KS-DFT最严格的计算形式，但GAPW只要结合足够好的基组，也能达到很高精度。对全电子计算来说GAPW结合足够大的基组的精度就已经可以很好地满足一般要求了，但如果作为reference的话通常是以LAPW为准。

顺带一提，CP2K自带的SIRIUS模块也可以做LAPW计算。第5届的北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/KFP）里专门有一节详细讲SIRIUS并对LAPW计算做了具体介绍并给了例子。

EnyuShi

sobereva 发表于 2025-12-31 17:33
1 是真正意义的全电子计算（结合全电子基组时）
2 GAPW用原子中心基函数（高斯函数）展开轨道波函数，而用 ...

嗯嗯好的，谢谢卢老师专业细致的回答。联系您回答的内容我再请教两个问题：
1、CP2K官方手册里显示，LAPW全电子计算方法在PW_DFT内，可通过SIRIUS模块计算，但我发现这个模块下只有输出DOS一项(PRINT内显示)，指的是CP2K的LAPW模块只能计算态密度吗，还是我的理解有误，您的课程中有更为详细的内容，比如输出电子密度、Hartree势等等。
2、我在使用GAPW结合PBE泛函、pob-TZVP-rev2全电子基组、对角化方法(10*10*1 K点)，发现收敛性很差。我的模型是纯Au原子的slab体系。我认真阅读了您的文章《CP2K中遇到SCF难收敛时的解决方法》，尝试修改一些内容后电子步还是不收敛。我注意到您在文中也提到“某些体系用CP2K的quickstep模块就是很难收敛，如某些d族纯金属的slab”，请问对于这种纯金属的slab体系结合全电子基组的计算，还有好的促进收敛的方法吗？
感谢您的回复！

sobereva

EnyuShi 发表于 2026-1-3 00:33
嗯嗯好的，谢谢卢老师专业细致的回答。联系您回答的内容我再请教两个问题：
1、CP2K官方手册里显示，LAP ...

1 是的。SIRIUS模块功能相对有限。如果要平面波算能带建议用QE。SIRIUS用的赝势和QE是相同的，SIRIUS的计算逻辑（赝势、截断能等）搞明白的话，切换到QE也容易
2 若无特殊情况不建议对Au做全电子计算，就算非要算的话也完全不能用pob-TZVP-rev2（当前这样计算存在硬伤，普遍SCF难收敛），这对Au是赝势基组（对前四周期才是全电子基组）。你应当用兼容CP2K支持的DKH标量哈密顿的基组算Au，诸如SARC

LittlePupil

EnyuShi 发表于 2026-1-3 00:33
嗯嗯好的，谢谢卢老师专业细致的回答。联系您回答的内容我再请教两个问题：
1、CP2K官方手册里显示，LAP ...

对Au用pob-TZVP-rev2基组，个人摸索出来的KIND写法是：

1.     &KIND Au
   
2.       ELEMENT Au
   
3.       BASIS_SET pob-TZVP-rev2-q19
   
4.       POTENTIAL ECP pob-TZVP-rev2
   
5.     &END KIND

复制代码

看到“q19”和“ECP”就该知道不是全电子计算了。