采用VASPKIT进行状态方程拟合

本文共有4680个字，关键词：状态方程

描述固体压缩性的状态方程在凝聚态物理和地球物理研究领域中扮演着重要的角色，也在材料科学和能源工程等应用科学中具有重要的应用价值，例如可通过状态方程拟合得到晶格常数和体弹性模量。VASPKIT最新测试版1.10版本已经包含了12种被广泛使用的EOS状态方程（如下所示），可从VASPKIT使用QQ群里331895604下载到实时更新测试版。

 [1]: Murnaghan EOS                   
 [2]: Birch-Murnaghan 3rd-order EOS   
 [3]: Birch-Murnaghan 4th-order EOS   
 [6]: Poirier-Tarantola EOS           
 [7]: Tait EOS                        
 [8]: Vinet EOS                       
 [9]: Natural strain 3rd-order EOS    
[10]: Natural strain 4th-order EOS    
[11]: Universal EOS                   
[12]: Cubic polynomial in (V-V0)

接下来我们以金刚石为例介绍如何采用VASPKIT+VASP进行状态方程拟合晶格常数和体弹性模量。

第一步：准备KPOINTS, POSCAR，KPOINTS和POTCAR四个输入文件，需要注意的是ISIF=只能是2或4，视具体情况而定，一般选择4;

第二步： 准备VPKIT.in文件; 如果VPKIT.in不存在，VASPKIT将从EOS.in读取设置参数，具体格式见vaspkit/examples/eos/read_from_file;

1                                             ! 1 预处理, 2 后处理
8                                             ! 状态方程类型，可以选择从1-12
10 13.7 100                                   ! 晶格体积从10变化到13.7，取100个点
9                                             ! 晶格缩放系数变化9次
0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03  ! 晶格缩放具体值

第三步： 运行vaspkit -task 205;

 vaspkit -task 205
 +---------------------------------------------------------------+
 |          VASPKIT Version: 1.10 beta1 (16 Sep. 2019)           |
 |       A Pre- and Post-Processing Program for VASP Code        |
 |            Running VASPKIT Under Command-Line Mode            |
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (01) Reading Structural Parameters from POSCAR File...
  -->> (02) Reading VPKIT.in File...
    -> lattice_0.930 folder created successfully!
    -> lattice_0.940 folder created successfully!
    -> lattice_0.950 folder created successfully!
    -> lattice_0.960 folder created successfully!
    -> lattice_0.970 folder created successfully!
    -> lattice_0.980 folder created successfully!
    -> lattice_0.990 folder created successfully!
    -> lattice_1.000 folder created successfully!
    -> lattice_1.010 folder created successfully!

第四步：批量提交VASP计算；

path=`pwd`
for i in lattice_*
do
  cd $path/$i
  pwd
  这些填写vasp_std或者提交作业脚本的命令
done

第五步：把VPKIT.in文件中第一行数字1修改成2；再次运行vaspkit -task 205; 得到

 (base) MacBook:1 wangvei$ vaspkit -task 205
 +---------------------------------------------------------------+
 |          VASPKIT Version: 1.10 beta1 (16 Sep. 2019)           |
 |       A Pre- and Post-Processing Program for VASP Code        |
 |            Running VASPKIT Under Command-Line Mode            |
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (01) Reading Structural Parameters from POSCAR File...
  -->> (02) Reading VPKIT.in File...
 +-------------------------- Summary ----------------------------+
  Based on Birch-Murnaghan 4th-order EOS
  Reference: Birch F, Phys. Rev. 71, p809 (1947)
  V0  =   11.3305 Angstrom^3 (平衡体积)
  E0  =  -18.6128 eV        （基态总能）
  B0  =  439.5232 GPa       （体弹性模量），实验值大概是443 GPa at 4k. 
  B0' =  3.7650             （体弹性模量对体积的一阶导数）
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (03) Written ENERGY_VOLUME_DFT.dat File!   （DFT计算得到的总能随体积的变化）
  -->> (04) Written ENERGY_VOLUME_FIT.dat File!   （EOS拟合得到的总能随体积的变化）
  -->> (05) Written PRESSURE_VOLUME_DFT.dat File! （DFT计算得到的压强随体积的变化）
  -->> (06) Written PRESSURE_VOLUME_FIT.dat File! （EOS拟合得到的压强随体积的变化）
  -->> (07) Written ENTHALPY_VOLUME_FIT.dat File! （EOS拟合得到的焓值随体积的变化）
  -->> (08) Written POSCAR_EOS File!              （平衡结构）

第六步：cp POSCAR_EOS POSCAR，再次执行VASP计算得到平衡结构晶格常数。

VOLUME scale factor: 0.8850
  -11.3305         ! 第二行数值就是平衡体积，负号表示体积而不是晶格缩放系数
    0.0000000000000000    0.5000000000000000    0.5000000000000000
    0.5000000000000000    0.0000000000000000    0.5000000000000000
    0.5000000000000000    0.5000000000000000    0.0000000000000000
   C
    2
DIRECT
    0.0000000000000000    0.0000000000000000    0.0000000000000000     C1
    0.2500000000000000    0.2500000000000000    0.2500000000000000     C2

E-V和P-V分别见下图，显然几种典型的EOS方程给出几乎完全重合的变化曲线。

如果您使用VASPKIT，请记得引用哦！

V. Wang, N. Xu, J.-C. Liu, G. Tang, W.-T. Geng, VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code, Computer Physics Communications 267, 108033, (2021), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033

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已有 12 条评论
  1. 菜狗:

    vaspkit 1.3.3，第五步产生文件正常运行，但是文件夹内没有文件产生。请问是需要更新版本吗
    2022年08月21日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @菜狗

      是个小bug，在当前某个计算子文件夹中，升级vaspkit版本。
      2022年09月04日 | 回复
  2. 老陶:

    第六步：cp POSCAR_EOS POSCAR，再次执行VASP计算得到平衡结构晶格常数。请教一下，再次执行VASP计算是用“mpirun -np 48 vasp”类似的命令吗?
    2022年09月02日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @老陶

      建议再优化一次。
      2022年09月04日 | 回复
  3. 爱国者:

    最后的图是怎么画的呀？
    2022年10月10日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @爱国者

      调用Matplotlib实现。
      2022年10月12日 | 回复
  4. 菜鸡:

    请问对于单斜晶体（a,b,c,β）优化的话，也是一样的步骤吗，还是只有立方的可以用这个方法啊
    2022年11月20日 | 回复
    1. Aries: 回复 @菜鸡

      请问您现在这个问题解决了吗？谢谢！
      2023年02月06日 | 回复
    2. 菜鸟: 回复 @菜鸡

      同问，如果是对体积做拟合，那又如何推导出晶胞边长呢？
      11月17日 | 回复
  5. 风羽:

    请问横坐标是什么？和结构体积对不上
    2023年07月10日 | 回复
    1. 风羽: 回复 @风羽

      刚刚没看单位，搞清楚了，是平均原子体积
      2023年07月10日 | 回复
      1. 科研刘: 回复 @风羽

        你好，这个怎么转成结构体积
        8月12日 | 回复