vasp做过渡态经验<二>：Dimer

sky

Dimer是vasp内置的另一个强大的过渡态搜索方法，而且与NEB联用的时候有奇效。Dimer算法和NEB有一点相似，NEB是在初始态和末态之间插入image，然后计算image之间的切线力来寻找切线力为零的点。而Dimer在某种程度上可以看作是使用了两个靠的很近的image，程序会计算出这两个image之间的曲率，并沿着曲率增大的方向爬升，直到到达鞍点（此时曲率一定为负）。详解请看sob帖子：过渡态、反应路径的计算方法及相关问题

由于有且只有两个image，Dimer占用的计算资源要比NEB小不少，在做大体系过渡态搜寻的时候很有优势。并且Dimer不会像准牛顿法一样会陷入到局部极小值，导致原子受力无法收敛，因此用来做过渡态的优化同样也有巨大的优势。

Dimer的问题只有一个，就是需要一个好的初猜，一个接近过渡态的初猜构型。对于有经验的人来说，可以直接猜出构型然后跑Dimer。但这对于初学者来说比较困难，因此比较好的方法是先跑一个NEB，然后选取一个切线力接近零的image来跑Dimer。根据我的经验来看，一找一个准，效率比纯用NEB高很多。

在阅读以下内容之前，请先按照vasp官方pdf手册里dimer计算的例子做一遍。是pdf手册，online手册里没有计算的例子:Documentation

做Dimer的方法如下：

1. 选取一个好的初猜构型，可以是自己猜的，也可以是用NEB找出来的。然后像做过渡态频率分析一样，对关键性的原子做频率分析（IBRION=5），频率分析的精度不需要太高，像这样的参数足够了：

1. ENCUT = 200
   
2. EDIFF = 1E-06
   
3. IBRION = 5
   
4. NFREE = 1

复制代码

频率分析完成后会有一个或多个虚频，提取出来做成动画观看，找到需要的振动方向（目标化学键断裂/生成的振动方向）。可使用我的脚本Mabinogiysk/VASP-script：

1. > imagefreq.py

复制代码

会输出：

1.    --------------------Processing--------------------
   
2.                           freq23
   
3.                           freq24
   
4.        --------------------Done--------------------

复制代码

表示有编号23、24两个虚频，然后使用脚本：

1. > freqmov.pl POSCAR freq23 freq24  30 0.6

复制代码

会生成freq23.xyz、freq24.xyz两个文件，用VMD打开即可观看振动动画。其中30是动画的帧数，0.6是振动的幅度的缩放系数。

找到需要的虚频之后另外新建文件夹，然后把POSCAR文件和freq文件复制过去，比如找到的是freq24，就把freq24也复制过去。注意更改优化的原子范围，做频率分析的时候可以只做其中关键的几个原子，剩下的都固定住。做dimer的时候可以全部原子一起优化，不仅限于频率分析的那几个原子。然后在新的文件夹里执行：

1. > modemake.py freq24

复制代码

会生成一个MODECAR文件，或者也可以自己创建这个MODECAR文件，然后手动把振动频率复制粘贴过去。该文件格式在vasp官方的pdf手册里有。

做Dimer计算时切记不能少了MODECAR文件，没有这文件程序不会报错，而是会随机初始化一个搜寻方向。最后发现跑了大半天跑错了。

再放入KPOINTS、INCAR、POTCAR文件，其中INCAR需要加入以下参数：

1.   IBRION = 3
   
2.   POTIM = 0
   
3.   ICHAIN = 2
   
4.   DdR = 0.005
   
5.   DRotMax = 10
   
6.   DFNMin = 0.01
   
7.   DFNMax = 1.0

复制代码

参数的意思官网上写的很清楚，请仔细阅读。

使用vtst tool的vasp会额外生成一个DIMCAR文件，跑dimer的时候要随时注意观察里面的参数：

1. Step         Force        Torque        Energy     Curvature         Angle
   
2.     1      10.66425       7.30318    -313.00133      -8.31593       3.93420
   
3.     1      10.66425       4.60136    -313.00133      -8.89013      10.49022
   
4.     1      10.66425       4.28355    -313.00133      -9.56912       5.58496
   
5.     1      10.66425       2.25775    -313.00133      -9.97084       1.47304
   
6.     1      10.66425       1.42447    -313.00133     -10.01435       0.72662
   
7.     1      10.66425       1.01984    -313.00133     -10.01417       1.35954
   
8.     1      10.66425       1.25866    -313.00133     -10.04105       0.58905
   
9.     1      10.66425       0.74732    -313.00133     -10.10158       1.33623
   
10.     2       3.92046       6.15419    -313.53353      -2.28795      12.73724

复制代码

需要注意的是Torque、Curvature和Angle. Torque是旋转的力的大小，Angle是旋转角度，力越大，旋转角度越大，Curvature是曲率。

一个正常的dimer计算，在每一个step里，例如上面的step1中，Torque和Angle应该越来越小，Curvature为负且越来越大。到step2时，由于原子移动了，这些值会重新变大，但在每一步里最终都应该收敛到1以下。刚开始的时候可能Torque会比较大，Curvature也会为正值。但如果跑到step5之后Torque和Angle依然不收敛或者Curvature是正值，那这个构型肯定出错了。

1. 16       0.30555       0.76073    -314.21155      -5.02730       1.05284
   
2. 17       0.34635       0.70113    -314.21341      -5.06017       1.07320
   
3. 18       0.19482       0.80455    -314.21545      -4.88598       0.82223
   
4. 18       0.19482       0.51358    -314.21545      -4.87067       0.67008
   
5. 19       0.17114       0.78338    -314.21625      -4.77814       1.06994
   
6. 20       0.13178       0.99078    -314.21700      -4.76946       1.34724
   
7. 20       0.13178       0.63770    -314.21700      -4.71167       0.66381
   
8. 21       0.09606       0.76383    -314.21723      -4.84227       1.29235
   
9. 22       0.09606       ---        -314.21723       ---           ---

复制代码

这才是一个正确的dimer，刚开始Torque比较大，需要旋转很多次才能移动原子。快要收敛的时候基本上只会旋转一两次。

hakuna

写得非常好！
做过频率计算之后，查看振动模式时，还可以直接用wxdragon

DavyHou

Dimer_test$ python imagefreq.py
imagefreq.py:26: Warning: 'with' will become a reserved keyword in Python 2.6
  File "imagefreq.py", line 26
    with open(file_name, 'w') as output_file:
            ^
SyntaxError: invalid syntax
您好，我在使用您的imagefreq.py时出现以上错误，是因为python版本原因吗？我的python版本是Python 2.5.2。

sky

DavyHou 发表于 2017-12-26 21:55
Dimer_test$ python imagefreq.py
imagefreq.py:26: Warning: 'with' will become a reserved keyword in ...

需要python2.6

DavyHou

sky 发表于 2017-12-28 22:26
需要python2.6

非常感谢。另外还有个小问题，是python2.6及以上版本都可以吗，还是限定2.6版？

tcclab

谢谢分享！已发送个学生学习！

lianghuashou

非常感激您的分享，我的系统是CENTOS 7.0 运行的时候有点问题，我已经export $PATH
/Ultility/vasp_ultility/vasp_edit_script/vas2gv.pl: line 5: syntax error near unexpected token `('
不知道这是python版本的问题还是哪里的问题，我的python是2.7.5 。期待并谢谢您的解答。