vasp计算声子谱

  在第一性原理计算过程中考察体系稳定性是经常遇到的一个问题，也是大部分审稿人容易提问的地方；通常，使用声子谱研究体系的动力学稳定性，使用分子动力学研究体系的热稳定性；另外，可以借助于一些其他方法进一步说明体系的稳定性，例如研究钙钛矿体系时通过离子半径判断稳定性，研究异质结时通过计算结合能判断稳定性等。

  声子谱的计算主要有两种方法，一种是直接法，另一种是微扰密度泛函方法（DFPT）。  直接法，或称frozen-phonon方法，是通过在优化后的平衡结构中引入原子位移，计算作用在原子上的Hellmann-Feynman力，进而由动力学矩阵算出声子色散曲线。直接法的缺陷在于它要求声子波矢与原胞边界(super size)正交，或者原胞足够大使得Hellmann-Feynman力在原胞外可以忽略不计。这使得对于复杂系统，如对称性高的晶体、合金、超晶格等材料需要采用超原胞。超原胞的采用使计算量急剧增加，极大的限制了该方法的使用。  1987年，Baroni、Giannozzi和Testa提出了DFPT方法。DFPT通过计算系统能量对外场微扰的响应来求出晶格动力学性质。该方法最大的优势在于它不限定微扰的波矢与原胞边界正交，不需要超原胞也可以对任意波矢求解。Castep、Vasp等采用的是一种linear response theory 的方法（或者称为 density perturbation functional theory，DFPT），直接计算出原子的移动而导致的势场变化，再进一步构造出动力学矩阵。进而计算出声子谱。

  计算所用的软件为VASP与phonopy code。

搭建Anaconda环境，下载链接，点这里

安装Anaconda

写入环境变量

Note: /……/表示自己服务器路径

下载phonopy code，点这里

编译phonopy code

写入phonopy的环境变量

Note: /……/表示自己服务器路径

  声子谱的计算需要对原胞结构做高精度的充分优化，否则很容易出现虚频；下面以二维InSe为例，详细说明声子谱的计算步骤。

将优化后的结构文件拷贝为POSCAR

建立超胞

Note: 建立超胞之前，一定要在MS中找好对称性，否则会增加大量的计算量

  力学Hessian矩阵可由VASP计算得到，该矩阵保存于VASP的输出文件vasprun.xml中；计算过程中KPOINTS文件根据服务器计算能力，可适当增加，POTCAR文件无需改变，INCAR文件设置如下：

根据vasprun.xml文件生成力学文件FORCE_CONSTRAINS

编辑band.conf文件，该文件给出了高对称点路径的信息

Note: line 1：元素名称，顺序与POSCAR保持一致 line 2：建立超胞的大小 line 3：高对称点路径，每组高对称点之间用两个空格隔开 line 4：表示读取力常数文件FORCE_CONSTANTS

Note：4 4 1为建立超胞的大小

Note: 高对称点标注说明：phonopy软件默认在两个高对称点之间打点51个，且在PBAND.dat中每组高对称点数据以一个空行分割，据此即可得到完整的声子谱图像

计算结果

文献结果

  如果计算完的声子谱其他地方都好，就是在Γ点有一点点虚频，那么这个材料很可能是稳定的，只是你优化做得不够好，进一步提高优化的精度可消除这一点点虚频。  对于二维材料，如果在Γ点出现很小的虚频，基本可以认为这个材料是稳定的，大部分二维材料都会有此现象；尤其是VASP结合phonopy code计算二维材料的声子谱在Γ点更是容易出现虚频；使用Quantum-ESPRESSO的PWSCF和PH模块计算声子谱对于内存的需求较小一些，且对于二维材料的声子谱计算更友好一些，后期会详细介绍Quantum-ESPRESSO计算声子谱的具体步骤。