Ex61 吸附能的计算(六)

前面一节我们搭建好了p(3x3)-Cu(111)表面上不同吸附位点的O原子吸附模型。(fcc, hcp, top以及bri)也就是我们有了4个POSCAR。下面我们计算O原子在不同位点上的吸附能。根据吸附能的公式,我们还要有Cu(111) slab的能量。总共5个计算。O$_2$的前面已经算了,这里就不重复了。

强调一下吸附能的定义:就是物种吸附到表面上所放出的能量,放出能量意味着吸附能是负值。很多人把这个过程颠倒了,然后来定义吸附能,这是错误的!虽然数值一样,但表示的物理意义完全不一样。颠倒过来是脱附,而不是吸附!!!而基本概念搞不清楚,最直接的后果就是给审稿人留下一个坏印象,增加拒稿的几率。当然,基本概念正确也会被拒稿,概念搞错了文章也有可能会接收。

1 准备工作:

INCAR:和前面p(1x1)的计算一样
KPOINTS:根据前面我们经常提到的经验规则:k*a=30

链接:https://wiki.fysik.dtu.dk/gpaw/exercises/surface/surface.html
POSCAR:已经准备好
POTCAR: 根据POSCAR生成对应的POTCAR,脚本见本书的附录章节。
提交任务的脚本或者命令。

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A rule of thumb for choosing the initial k-point sampling is, that the product, ka, between the number of k-points, k, in any direction, and the length of the basis vector in this direction, a, should be:

ka ~ 30 Å, for d band metals
ka ~ 25 Å, for simple metals
ka ~ 20 Å, for semiconductors
ka ~ 15 Å, for insulators

Remember that convergence in this parameter should always be checked.

2 天河II号提交任务

前面我们已经讲解了如何在天河2号上提交任务,Learn VASP 系列的前面几节也介绍了一些相关的批量操作知识。下面简单通过实例操作展示下批量提交任务的一个流程。

其中qsuball是本人在~/.bashrc文件中,给批量提交任务的命令行随便起的一个名字,详见前面关于alias的使用介绍。

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alias qsuball='for i in *; do cd $i ; qsub ; cd $OLDPWD; done'

qsub 是我们在超算中心提交单个任务的脚本,内容如下:

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#!/usr/bin/env bash
rm job_sub
echo '#!/bin/bash' >> job_sub
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/THFS/opt/intel/composer_xe_2013_sp1.3.174/mkl/lib/intel64:$LD_LIBRARY_PATH' >> job_sub
echo 'yhrun -p gsc -n 24 /THFS/opt/vasp/5.4.4/vasp.5.4.4/bin/vasp_std ' >> job_sub
yhbatch -p gsc -N 1 -J test job_sub

将上面内容复制到一个文件里面,将文件命名为qsub,然后走一遍下面的2个步骤。
1)chmod u+x qsub (赋予可执行权限)
2) mv qsub ~/bin (放到 ~/bin 文件夹下)

3 查看结果

等待任务排队,计算,结束。一个任务结束后,我们需要做的肯定就是检查结果了。那么改怎么样检查结果呢?这里列举出本人常用的几个方法和步骤。

1)查看OSZICAR

i) 在查看OSZICAR之前,我们回顾下前面的INCAR。

这里我们设置了NSW = 500,也就是允许本计算最大的离子步数。

ii) 再看下OSZICAR的末尾部分, 命令: tail OSZICAR

从这里可以看出来,经过25个离子步,我们的计算就已经停止了,说明收敛了。

2) 查看OUTCAR

对于VASP的所有计算来说,只要你看到这样的结果,说明你的任务已经算完了。这里你要记住:算完和收敛不是一回事。比如你设置的NSW = 500, VASP优化了500步没有收敛的话,会自动停止,也会出现上图的结果。

怎么查看收敛呢?

i) 可以对比计算的离子步和我们设置的离子步。如果实际计算得了离子步小于INCAR中的,任务就收敛了。这也是前面查看OSZICAR的目的。
ii)可以通过OUTCAR里面的关键词: reached

如果你看到最后面的: Stopping structural energy minimisation 这就表明你的优化任务已经完成。
而事实上,的确有很多人把这句话误认为是计算出错了,然后在群里面求助,本人实在是想不通。

4 删除VASP乱七八糟的输出文件

计算完成之后,VASP会出现很多平时我们用不到的文件,CHG CHGCAR WAVECAR 这三个占用的空间很大,容易把应胖撑爆。

由于计算目录下的存储空间有限,本人计算的时候,一般都默认VASP不写入这些文件。

此外,在表面结构优化的时候,EIGENCAL, IBZKPT, REPORT,DOSCAR`以及超算中心与任务相关的输出文件:slurm-XXX` 文件,一般来说正常计算结束后,我们也不需要。

因此,本人写了一个小脚本,用来删除这些乱七八糟的文件。脚本运行效果如上,脚本内容如下:

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#!/usr/bin/env bash
for i in $(find . -name INCAR); do
cd $(dirname $i)
rm CHG CHGCAR job_sub PCDAT REPORT slurm-*.out WAVECAR XDATCAR -f
cd $OLDPWD;
done

大家可以针对自己的计算任务,修改rm XXX 哪一行中的文件名。

上图中还运行了一个脚本(ta.sh),就是提取当前目录下,所有计算结果的能量。也是本人临时写的。有兴趣的可以自己照着写一遍,然后运行下。

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#!/usr/bin/env bash 
for i in *; do
if [ -e $i/OUTCAR ]; then
echo -e $i "\t" $(grep ' without' $i/OUTCAR |tail -n 1 | awk '{print $7}')
fi
done

5 获取能量,计算吸附能

有了上面的数据,我们就可以进行吸附能的计算,如下图:

一般来说,使用eV作为单位,精确到小数点后面2位即可。整理下表格:

从上图我们可以看出来,这四个位点的吸附能强弱顺序为: fcc ≈ hcp > bridge > top

6 扩展练习

1) 学会如何判断计算正常结束,并且优化达到收敛的标准了?
2) 总结并思考不同位点的吸附能的计算。
3) 学会判断稳定的吸附位点。
4) 思考下计算结束之后,除了我们讲的这些,还有那些需要检查的?
5) 本节的三个脚本:
i) qsub (天河II号提交任务)
ii) rmvasp.sh (删除乱七八糟文件)
iii)ta.sh (获取当前目录下,所有计算任务的能量)