Ex74 过渡态的计算(五)

前面2节我们讲了如何通过vtst的脚本进行插点,得到过渡态计算中特定数目的images,以及一个非常实用的小脚本来固定slab模型中底层的原子。本节我们就准备一下过渡态计算中:POSCAR、KPOINTS和POTCAR文件的准备工作。

关于Images

前面我们插了8个点,得到10个文件夹,分别为00, 01, 02,….09

细心的你会发现,每个文件夹中都会有一个POSCAR文件。00 中的POSCAR对应的是nebmake.pl IS FS 8命令中的IS,两个一模一样,同理,09 中的POSCAR是nebmake.pl IS FS 8命令中的FS。01到08位我们设想的一个反应路径。(通过p4vasp 0*/POSCAR 这个小技巧,来查看整个路径是不是合理)所有IMAGES中的元素行都是一样的,所以我们任取一个用来生成POTCAR文件。

结合之前VASP的使用经验,每个文件夹中都有一个POSCAR,那么算NEB的时候:是不是各个文件夹也中都要有INCAR, KPOINTS和 POTCAR以及提交任务的脚本呢?

如果你这么想,是很正常的。但我们算过渡态的时候,却不是这样操作的。

实际上,我们将00 到 09 这10个文件夹作为一个整体,看作一个POSCAR。和在这些文件夹相同的目录下, 有INCAR, KPOINTS 和 POTCAR文件。

如果你还不理解,看下面的两个图:首先我们放一个错误的准备工作:

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iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/wrong$ ls
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09
iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/wrong$ ls *
00:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

01:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

02:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

03:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

04:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

05:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

06:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

07:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

08:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

09:
INCAR job_sub KPOINTS POSCAR POTCAR

这就是刚刚说的,把INCAR, KPOINTS, POTCAR 和脚本都复制到images对应的文件夹中。知道了错误的准备文件,那下面我们看一下正确的做法:

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iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/wrong$ cd ../right/
iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/right$ ls
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 INCAR job_sub KPOINTS POTCAR
iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/right$ ls *
INCAR job_sub KPOINTS POTCAR

00:
POSCAR

01:
POSCAR

02:
POSCAR

03:
POSCAR

04:
POSCAR

05:
POSCAR

06:
POSCAR

07:
POSCAR

08:
POSCAR

09:
POSCAR
iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex74/right$

把0{0..9}这些文件夹作为一个整体,看作POSCAR。这些文件夹 和INCAR,KPOINTS, POTCAR,以及提交任务的脚本放在同一个目录下。

备注:

1) 上面本人插了8个点,纯属自己的日常计算习惯,并不属于什么过渡态的技巧。大家根据自己服务器的运算能力,设置合理的数目。

2) POTCAR与这些images中的元素数目要对应,这个大家应该都会了。

3) KPOINTS: 划重点

如果你从网上搜索相关的资料,很多时候会发现大家经常说,先粗算一下(或者预优化一下),然后再逐渐提高精度。算过渡态的时候也是这样子的,我们不能100%确认自己预想的反应路径(Images文件对应的结构)就是合理的,或者刚刚插的这些点结构都很粗糙,直接用高精度的计算会造成资源的大量浪费,也就是费力不讨好。再严肃点,纳税人的钱不是让你这样随随便便烧的。所以,我们要掌握一些合理的技巧,争取用最少的计算资源,最短的时间,来获取最合理的过渡态结构。前面说到了粗算,到底什么是粗算?粗算需要改什么参数?

这里我们需要了解芝麻和西瓜的故事

通过前面的学习,我们知道KPOINTS以及slab(计算体系)的大小对于计算的影响最大,它们就是西瓜。

而其他的参数,比如收敛标准,阶段能的大小等,都是小芝麻(当然,你收敛精度设置地极其高那也是个别情况,对于粗算的时候我们不考虑)。

说白了, 就是要抓住影响机时的关键因素。所以粗算的时候,我们需要改的主要有2个地方: KPOINTS 和 slab的模型(集中力量啃西瓜)。

Slab的修改难度较大, 对于新手不太实用,老司机也经常翻车,故先不做讨论。这里我们主要介绍通过调节KPOINTS的一个技巧来实现快速粗算的目的。

先声明:

以下适用于slab表面上的反应计算。如果你算的是体相里面的,比如原子的扩散等,只可作为参考,不能照搬。

在粗算的时候,建议使用低密度的的K点。上来就用高密度的K点计算,即使是土豪,也是不建议的。那么K点密度怎么个低法呢? 直接来个极端就好了,用gamma点。前面我们还讲过,如果用gamma点计算的时候,需要把slab的原子固定住。

为什么呢?

你可以使用4层的p(2x2)的Cu(111)的slab模型,放开上面2层,然后gamma点优化一个CO在上面的吸附,最后会发现表层的Cu原子驰豫得如同波浪一般起伏。也就是用gamma点会导致表层原子过分地驰豫,从而造成错误的结算结果。

但这也不是绝对的,如果你的slab在xy方向的尺寸很大,使用gamma点的时候满足我们之前讲过的 k*a 的经验规则,即使不固定原子,也是很安全的。(为保险,需要自己测试)如果slab在xy方向的尺寸很小,使用gamma点的就一定需要把原子固定住。固定slab的时候,这里面就有很多窍门了。

A)首先给大家介绍一个最简单的办法。也就是上一节的内容,使用塔马斯的POSCARtoolkit.py脚本,固定和放开任意slab里面的底层原子。比如,目前我们的例子,4层的Ru原子上面,H原子的扩散。我们就可以通过一个for循环来实现slab原子的快速固定。为了方便大家,写了一个基于POSCARtoolkit.py 的bash脚本,该脚本命名为fix.sh, 内容如下:

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#!/usr/bin/env bash
## To use it
## fix.sh 4 POSCAR will fix the bottom 4 layers of POSCAR in all image filders
## fix.sh 2 CONTCAR will fix the bottom 2 layers of CONTCAR in all image folders
## The old POSCAR or CONTCAR will be replaced.

for i in 0* ; do
cd $i;
echo "$1" | POSCARtoolkit.py -i "$2" -f;
mv ${2}_C "$2"
cd $OLDPWD
done

注意:

1) 这里大师兄将默认的阈值设置为0.5 Å(修改的脚本)。因为原来1.5 Å有点大, 使用的时候会将表面的H和表层的Ru看作一层。

运行到这里的时候, 我们将所有Images中POSCAR的slab对应的原子全部固定住了。也就是粗算的POSCAR设置好了。

2) 不要偷懒直接复制代码就运行,由于网页上的格式问题,可能直接复制过来运行的时候回出错。

B) 除了使用脚本外,还有另外一个方便的办法

在课题刚刚开始的时候,就把slab模型中的原子按照层数(也就是z方向的大小)进行排列,前面我们讲过怎么sort坐标了,这里就不再啰嗦。

排列后的一个优势就是各个层的原子在POSCAR中的序号是连续的,可以很方便地进行选择然后通过使用sed 命令将POSCAR里面的T T T 批量转化为 F F F.

比如本例中:10-45为Ru原子,10-18, 19-27, 28-36, 37-45 从上往下数,分别对应第一、二、三、四层的Ru原子。

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Ru   H
1.00000000000000
8.1377999784000004 0.0000000000000000 0.0000000000000000
4.0688999892000002 7.0475415119999996 0.0000000000000000
0.0000000000000000 0.0000000000000000 21.5631999968999999
Ru H
36 1
Selective dynamics
Direct
0.2212968850718230 0.2239409561475650 0.2936169649913790 F F F
0.2210036114118170 0.5561663540453879 0.2936884876706930 F F F
0.2212954084343650 0.8880992570872690 0.2936171801115680 F F F
0.5547059120221930 0.2208073369214740 0.2945957656788490 F F F
0.5547051050620690 0.5578229108467880 0.2945953069057910 F F F
0.5572530259134471 0.8880427972121010 0.2935860240494040 F F F
0.8910551675972660 0.2211397177458350 0.2944546614649750 F F F
0.8893412673473050 0.5559102687354450 0.2935156586054220 F F F
0.8893404937786400 0.8880862995751930 0.2935168781920150 F F F
0.1119432861914480 0.1106972088633780 0.1977748273385700 F F F
0.1112675774095350 0.4441060896203480 0.1977506775579700 F F F
0.1112675246777360 0.7779649556723670 0.1977514668340350 F F F
0.4440066349954530 0.1106943439331120 0.1977106006833940 F F F
0.4446549772136020 0.4443417041956370 0.1981365664070010 F F F
0.4440061461204080 0.7786377563630820 0.1977110173547200 F F F
0.7777009262273890 0.1113226147079440 0.1980782640541890 F F F
0.7777006933574599 0.4443146361556100 0.1980780083860340 F F F
0.7774653980933121 0.7779366397494840 0.1977260420610920 F F F
0.2222233413377670 0.2222233413358840 0.0992873228095945 F F F
0.2222233413377670 0.5555566746692190 0.0992873228095945 F F F
0.2222233413377670 0.8888900080025550 0.0992873228095945 F F F
0.5555566746710950 0.2222233413358840 0.0992873228095945 F F F
0.5555566746710950 0.5555566746692190 0.0992873228095945 F F F
0.5555566746710950 0.8888900080025550 0.0992873228095945 F F F
0.8888900080044310 0.2222233413358840 0.0992873228095945 F F F
0.8888900080044310 0.5555566746692190 0.0992873228095945 F F F
0.8888900080044310 0.8888900080025550 0.0992873228095945 F F F
0.1111100016643290 0.1111100016603930 0.0000000000000000 F F F
0.1111100016643290 0.4444433349937280 0.0000000000000000 F F F
0.1111100016643290 0.7777766683270571 0.0000000000000000 F F F
0.4444433349976650 0.1111100016603930 0.0000000000000000 F F F
0.4444433349976650 0.4444433349937280 0.0000000000000000 F F F
0.4444433349976650 0.7777766683270571 0.0000000000000000 F F F
0.7777766683310010 0.1111100016603930 0.0000000000000000 F F F
0.7777766683310010 0.4444433349937280 0.0000000000000000 F F F
0.7777766683310010 0.7777766683270571 0.0000000000000000 F F F
0.6419725686006360 0.3456803556224560 0.3432239557346220 T T T

在上面POSCAR基础上,放开上面的2层:

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sed –i  '10,27s/F/T/g’ 0*/POSCAR

固定所有的Ru原子,可以:

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sed –i  ’10,45s/T/F/g’ 0*/POSCAR

大家随意练习折腾,本人也相信,如果从本书的Ex-0一直认真学下来,如果sed 命令还不会的话,说明你真的没有认真在学习。本节的例子以及脚本下载链接:

https://pan.baidu.com/s/1qqySBpqc0zMu1lvpLVZuWA 提取码: 3ryx

总结

本节,我们介绍了准备文件中POSCAR, KPOINTS,和POTCAR,以及他们在目录里面的排列方式。为减轻计算压力,过渡态可以先粗算一下, 通过使用gamma点结合固定slab的方式来减少计算量。通过POSCARtooklit.py或者sed命令实现批量固定slab的方法。