Ex10 O$_2$结构搭建以及POTCAR注意部分

前面O原子的能量计算已经告一段落,下面我们把体系变得更加复杂些:O${_2}$分子。扩展练习已经做的同学,相信现在已经完成了O${_2}$分子的静态计算。本节我们主要介绍一下:

  • O${_2}$分子模型搭建的细节;
  • POTCAR和POSCAR的对应关系,注意事项。

搭建模型

O${_2}$分子模型的搭建其实很简单,将两个原子在一个直线上连起来就行了。 键长大小可以书本上查, 数据库里找,也可以去网上找些参考资料。大师兄推荐常见常用的数据库:

1)CRC hand book:

  • PDF 电子书,这个网上到处都有,大家自己搜搜就能找见。具体在1403 页(本书有2661页,建议大家查询的时候先把左侧的目录展开,要不然实在是太痛苦!)

2) NIST 数据库: http://cccbdb.nist.gov/exp2x.asp

3) Wikipedia,谷歌和百度:

在谷歌或者百度里面直接搜索O$_2$、键长这两个关键词,就可以得出很多的链接,比如下面两个。

https://zhidao.baidu.com/question/101615129.html

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/bondel.html

大师兄你特么在逗我嘛?

氧气原子这么简单的分子,随便一翻,当然到处都能得到结果啦!

哈哈,没有逗你。在这里,大师兄想要告诉你的是:

  • 搜索的时候尽量用谷歌,而不用百度;
  • 尽量搜英文,不要输汉语,这样你得到的信息会相对多一些。

师兄,你又在逗我,谷歌我们访问不了,怎么用啊?

没有逗你,现实是残酷的,没有google,科研会被百度严重拖后腿。虽然我也不想批评国产,谁让它不争气呢?

所以,科学上网的技巧,你要get到。

划重点:

前面介绍了一堆,主要目的有3个:

1) 给大家提供一个数据查询手册(CRC handbook)和数据库(NIST)。当然根据自己的研究方向,还有其他更加专业的数据库,随着学习的深入,后面会讲解。 此外,写论文的时候,如果实在不想找相关的参考文献,可以直接引用CRC hand book这本书(前提是你在这本书里面找到了相关的数据)

2) 查找数据库另一个重要的原因是:如果你的初始结构,比较理想,这会大大加速你的计算过程,还会避免一些意想不到的计算错误(后面的章节会具体介绍到)。

3)除了查找数据库,别人发的文章也是初始结构的重要或者主要来源。

模型搭建

知道了键长信息后,开始结构搭建O$_2$的模型,我们知道它是直线型分子(算大师兄没说),其中一个原子在原点的位置上了,那么我们在三个方向上随便找个坐标就可以了。修改POSCAR如下:

两点要注意:

  • 第7行原子个数:把1改成2 ,表示氧元素有2个原子。

  • 第10行添加第二个氧原子的坐标:

方向 坐标
沿x轴 1.2074 0.0 0.0
沿y轴 0.0 1.2074 0.0
沿z轴 0.0 0.0 1.2074

上图中为沿着z轴方向。注意

  • xyz三个方向的数值之间可以有1个或者若干个空格,不要用tab分割数字;
  • 在搭建模型的时候,脑子里要有一个立体的概念,原子在三维方向上的排列,移动变化等。

关于POTCAR

大师兄,氧原子多了一个,POTCAR怎么办?是不是每个原子对应一个POTCAR啊?

不是的。POTCAR 是根据POSCAR中的元素顺序创建的(第6行),与原子数目无关。

第6行是体系中的元素,只有O元素,所以我们的POTCAR还是用之前O原子练习的那个;

第7行是与上一行相对应的体系中元素的原子数。

但是!在你的POSCAR中,如果把O写了两遍,如下图:

此时,第6行中有2个O,且第7行中有两个O的原子数目分别为1。 POTCAR中就要对应的两个O原子的Potentials!

主动出错:

如果我们使用上图的POSCAR(O元素写了2次),且POTCAR中只有1个O原子的Potential。

提交任务后,瞬间完成。这么快就算完肯定不是因为你的服务器多么的牛逼! 而是因为出错了!!

那么我们需要找到错误的原因,怎么去找错误信息呢?

1) 查看OUTCAR

VASP就这么几行,从这里看不出来是哪里错了。

2) 一般来说,VASP计算的时候,会生成两个额外的文件,一个是关于服务器集群计算error的,另一个是VASP运行的out文件。这个out和OUTCAR不太一样,记录着VASP的运行过程和出错信息。看大师兄的文件目录:

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qli@bigbro:~/test$ ls
CHGCAR DOSCAR e_Single.142845 INCAR o_Single.142845 OUTCAR POSCAR PROCAR sub12 WAVECAR CHG CONTCAR EIGENVAL IBZKPT KPOINTS OSZICAR PCDAT POTCAR REPORT vasprun.xml XDATCAR
qli@bigbro:~/test$ cat e_Single.142845
qli@bigbro:~/test$

不同的组可能命名不一样,但一般都会有这两个文件。这里的e对应的是服务器的出错信息,o对应的是VASP的out文件。 首先打开查看下服务器出错文件:(图中cat 命令) 发现什么都没有输出,说明服务器没有出错。那我们打开一下 o_Single.142845 文件,如下图

在这个文件里面最后一行,给出了错误的信息:

一般出现这个错误的时候,你就要去检查POSCAR和POTCAR中的元素是否对应了。

解决问题

本例中的错误该怎么解决呢? 既然POSCAR和POTCAR不一致,解决的话,有2个办法:要么变POSCAR,要么变POTCAR。

1)变POSCAR:

  • 第六行中:把O O换成O;
  • 第七行:氧原子数目改成2,就如刚开始的POSCAR。
  • POTCAR保持不变即可(POTCAR中只有1个O的Potential):

2)变POTCAR

  • 使其中的元素与POSCAR中的一致,也就是有两个氧元素的Potentials!
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qli@bigbro:~/test2$ grep TIT POTCAR
TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002
qli@bigbro:~/test2$ mv POTCAR POTCAR1
qli@bigbro:~/test2$ cat POTCAR1 POTCAR1 > POTCAR
qli@bigbro:~/test2$ grep TIT POTCAR
TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002
TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002

这样,再运行就不会出错了。

POTCAR 的制备

前面的演示中,大师兄教给你了POTCAR的制备方法: 使用cat 命令将2个POTCAR1 连在一起然后输出新的POTCAR。如果看不明白,继续看下面的操作:

如果你的体系中含有其他的元素,比如: Fe C H O

那么你就要先准备这四个元素的POTCAR:POTCAR-Fe、POTCAR-C、POTCAR-H、POTCAR-O,

然后运行命令:cat POTCAR-Fe POTCAR-C POTCAR-H POTCAR-O > POTCAR 就可以了。

具体操作:
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qli@bigbro:~/test2$ ls
POTCAR-C POTCAR-Fe POTCAR-H POTCAR-O
qli@bigbro:~/test2$ grep TIT POTCAR*
POTCAR-C: TITEL = PAW_PBE C 08Apr2002
POTCAR-Fe: TITEL = PAW_PBE Fe 06Sep2000
POTCAR-H: TITEL = PAW_PBE H 15Jun2001
POTCAR-O: TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002
qli@bigbro:~/test2$ cat POTCAR-Fe POTCAR-C POTCAR-H POTCAR-O > POTCAR
qli@bigbro:~/test2$ grep TIT POTCAR
POTCAR: TITEL = PAW_PBE Fe 06Sep2000
POTCAR: TITEL = PAW_PBE C 08Apr2002
POTCAR: TITEL = PAW_PBE H 15Jun2001
POTCAR: TITEL = PAW_PBE O 08Apr2002

这四个元素POTCAR数据从哪里找,在哪个目录下面?

这就得问问你们组里的师兄师姐们,或者老师了,网上也有很多。

扩展练习:

1 正确运行O$_2$分子的静态计算;

2 查找相关的O$_2$分子的轨道排布,并分析结果的合理性;

3 主动制作错误的POSCAR和POTCAR文件,运行查看结果和错误。

总结

1 整理自己研究方向相关的数据库资料;知道去哪里查询信息;

2 学会怎么根据已知的结构参数搭一些简单的分子模型: CO,H$_2$O, N$_2$, H$_2$ 等;

3 知道去哪里找出错文件;

4 熟练掌握通过 cat命令制备POTCAR的方法;

5 必须掌握POSCAR和POTCAR的对应关系。