ABINIT实战手册

ABINIT-5.8.4软件的Windows版本实战守则（byH.J.Zhao）前言第一性原理计算发表文章的要点1.你算的是什么，2.你为什么要算这个东西，3.你用了怎样的算法，4.你算出来了什么，5.你怎样解释你算出来的东西，有什么结论。第一章ABINIT软件的运行以BaTiO3为例，需建立输入文件*.in，在abinit网站下载Ba、Ti、O的赝势文件，之后执行abinis程序，依次输入：1.bto.in2.bto.out3.btoi4.btoo5.bto.temp6.把三个赝势文件拖入程序执行框中运行即可！Abinit使用篇简介abinis的输入文件分为三类：定义了所有输入文件名的文件（比如in.files，这个文件就是用来告诉abinit哪些文件是abinit读入参数的文件名，以及输出主要结果的文件的名称），定义了计算的控制参数的文件（比如取名为INP)，赝势的文件。下面举例如何做好输入文件计算金刚石结构的Si的状态方程，由此也得到Si的晶格常数和体弹性模量。大致的步骤是在Si的晶格常数的实验值附近取11个数据点，也就是说取11个晶格常数或体积，然后计算在这些晶格常数下的总能。在计算得到总能后，采用状态方程拟合得到状态方程、平衡态时的体积（或晶格常数）和体弹性模量。本例子中采用的是LDA-HGH赝势。赝势的文件名为：14si.4.hgh。in.files的内容为（紫色标示）：#####BeginINP#设置关键词的文件名为INPOUT#主要的输出文件为OUT，该文件将被写入计算最重要的结果siisisi14si.4.hgh#赝势的文件名######ENDINP文件的内容为：#CrystallinecubicSi#ndtset11#说明下面将有11组数据acell:3*9.8112#晶格常数a=b=c，将从9.8112....a.u.开始增加acell+3*0.09#晶格常数将以0.09a.u.的间隔进行增加#Groundstatecalculationkptopt1#在k点网格取样时根据对称性来取样，并由下面的#ngkpt和kptrlatt,或者nshiftk和shiftk来确定k点的数目iscf5#采用CG方法对能量进行优化，用在基态计算中。########################################################################Definitionoftheunitcellrprim0.00.50.5#下面三行定义了原胞的基矢，本例子中Si是fcc结构0.50.00.50.50.50.0#Definitionoftheatomtypesntypat1#定义原胞中原子的类别的数目，本例子中只有1类原子znucl14#定义原胞中原子的核电荷数#Definitionoftheatomsnatom2#定义原胞中原子的总个数，本例子中有2个原子typat2*1#定义每类原子的个数，本例子中第一类原子有2个xred#下面定义了原胞中原子的坐标0.00.00.00.250.250.25#Givesthenumberofband,explicitely(donottakethedefault)nband16#定义了要计算的能带的数目，最好按这样来设置:#nband原胞中总的价电子数目/2+10#Exchange-correlationfunctionalixc1#定义交换关联函数，本例子中，采用的是TeterPade参数化的LDA形式#Definitionoftheplanewavebasissetecut20.0#定义了平面波的切断动能#Definitionofthek-pointgridngkpt888#下面定义了k点网格取样的大小nshiftk4shiftk0.50.50.50.50.00.00.00.50.00.00.00.5#DefinitionoftheSCFprocedurenstep60#电子自洽迭代的最大步数diemac12.0#介电常数设置tolvrs1.0d-20#电子自洽收敛的标准------------END--------------计算完后，得到OUT文件，用下面的命令：grep'volume'OUT得到如下的内容：Unitcellvolumeucvol=2.3610688E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.4266422E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.4934185E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.5614088E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.6306239E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.7010748E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.7727725E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.8457279E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.9199518E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=2.9954553E+02bohr^3Unitcellvolumeucvol=3.0722493E+02bohr^3然后用下面的命令：grep'Etotal'OUT得到如下的内容：Etotal=-7.92750029752797E+00Etotal=-7.92997465524506E+00Etotal=-7.93167675973445E+00Etotal=-7.93266612552653E+00Etotal=-7.93299797094926E+00Etotal=-7.93272412167288E+00Etotal=-7.93189304516315E+00Etotal=-7.93055314505404E+00Etotal=-7.92874706916830E+00Etotal=-7.92651686675655E+00Etotal=-7.92390242137627E+00因此，Volume和Etotal对应的关系为：2.3610688E+02-7.92750029752797E+002.4266422E+02-7.92997465524506E+002.4934185E+02-7.93167675973445E+002.5614088E+02-7.93266612552653E+002.6306239E+02-7.93299797094926E+002.7010748E+02-7.93272412167288E+002.7727725E+02-7.93189304516315E+002.8457279E+02-7.93055314505404E+002.9199518E+02-7.92874706916830E+002.9954553E+02-7.92651686675655E+003.0722493E+02-7.92390242137627E+00下面就可以用Birch-Murnaghan3阶状态方程进行(BirchF,Phys.Rev.71,p809(1947))拟合得到体弹性模量和平衡状态下的体积：V0=263.276940709097a.u.^3B0=95.497(GPa)第二章ABINIT参数设定与收敛测试计算晶体时主要参数的确定(切断动能和k点网格)。在采用平面波赝势法进行固体的电子结构计算时，为了确保计算的精度和计算结果的可靠性，在计算晶体的物理性质之前，要进行几个重要参数的测试，以保证这些参数的选取使得计算结果有很好的收敛性，这些参数是平面波的切断动能和k点网格取样的大小。下面以采用ABINIT计算立方的ZrO2晶体为例：采用的赝势是40zr.psp_mod和8o.psp_mod(它们均是LDA的TM赝势)。输入文件，in.files的内容为：INPOUTzroizroozro./40zr.psp_mod./8o.psp_mod在测试平面波切断动能的收敛性时，我们通过设置平面波切断动能从20Ha开始，以2Ha递增，直到58Ha，其他参数不变计算ZrO2的总能。在ABINIT的输入文件中很方便的通过ndtset来设置。输入文件INP如下（紫色标示）：#CrystallineZrO2-cubicndtset20#表示有20组数据ecut:20.0#平面波切断动能从20Ha开始ecut+2#以2Ha递增，也就是Ecut为20.0+i*2.0,(i从1到20)#Definitionoftheunitcellacell3*9.65285#设置晶格常数a=b=c为9.65285a.u.rprim0.00.50.5#同上面的acell确定了原胞的基矢0.50.00.50.50.50.0#Definitionoftheatomtypesntypat2#设置原胞的原子种类数，这里有2类原子znucl408#每类原子的核电荷数Znatom3#原胞中总的原子数目，这里原胞总共有3个原子typat12*2#第一类原子有1个，第二类原子有2个xred#下面的按分数坐标给原胞中原子的坐标位置0.000.0000.0000.250.250.250.750.750.75#Definitionofthek-pointgridkptopt1#设置生成k点的方法，这里表明有ngkpt和nshiftk来确定k点网格的大小ngkpt888#设置对布里渊区进行8x8x8网格的划分nshiftk4#对划分得到的k点按下面的偏移量进行平移shiftk0.50.50.50.50.00.00.00.50.00.00.00.5#DefinitionoftheSCFprocedure#ecut40.0iscf5#自洽迭代中的算法，这里采用cg方法优化。toldfe1.0d-10#自洽迭代迭过程总能收敛的标准diemac3.0#体系宏观的介电常数nstep60#最大自洽迭代步数#Definitionoftheoutfileinformationprtwf0#不输出波函数文件。运行下面的命令abinsOUT对OUT采用进行分析，用下面的命令取出一些数据:grep'ecut'OUTsummarygrep'Totalenergy(eV)'OUTsummary得到summary类似如下数据:2.00000000E+01-2.16713704994688E+032.20000000E+01-2.17244914205186E+032.40000000E+01-2.17629539439455E+032.60000000E+01-2.17888687489711E+032.80000000E+01-2.18045824630388E+033.00000000E+01-2.18139622512928E+033.20000000E+01-2.18192168325676E+033.40000000E+01-2.18219516090481E+033.60000000E+01-2.18232706572898E+033.80000000E+01-2.18237668482667E+034.00000000E+01-2.18239923089573E+034.20000000E+01-2.18241955706857E+034.40000000E+01-2.18244775901834E+034