具体的例子

注意

如果你交一份比较长的代码, 可能其中会有错误, 所以强烈建议你设置执行shell文件,遇到错误即推出
你可以在shell文件中加入 set -e , 或者 bash -e shell.sh 来运行脚本
以免脚本错误以后还继续运行造成不必要的麻烦.

计算能带, 态密度

下面是计算能带的例子, 相信如果你读完前面的文档应该是可以看得懂的:

#!/bin/bash
# make sure you have install pyvasp in your current environment
# make sure current directory has POSCAR

pyvasp prep_single_vasp POSCAR -a ISIF=3,job_name=stru_relax
pyvasp run_single_vasp stru_relax
pyvasp prep_single_vasp  stru_relax/CONTCAR -a job_name=scf,NSW=0,LCHARG=True
pyvasp run_single_vasp scf
pyvasp prep_single_vasp  scf/CONTCAR -a style=band,NSW=0,job_name=band,ICHARG=11
cp scf/CHG* band/
pyvasp run_single_vasp band

计算态密度的例子:

#!/bin/bash
# make sure you have install pyvasp in your current environment
# make sure current directory has POSCAR

pyvasp prep_single_vasp POSCAR -a ISIF=3,job_name=stru_relax
pyvasp run_single_vasp stru_relax
pyvasp prep_single_vasp stru_relax/CONTCAR -a kppa=4000,job_name=scf,NSW=0,LCHARG=True
pyvasp run_single_vasp scf
pyvasp prep_single_vasp scf/CONTCAR -a kppa=8000,ISMEAR=-5,job_name=dos,NSW=0,LORBIT=11
cp scf/CHG* dos/
pyvasp run_single_vasp dos

这两个例子可以在源文件中找到: band , dos .

注解

例子:

$ bash band.sh 1>std.out 2>err.out & # for Linux user
$ nohup bash dos.sh 1>std.out 2>err.out& # for Windows user, 1后面重定向标准输出, 2后面重定向错误输出.

计算基态相图

这一小节实际上是说例如$A_xB_{1-x}$合金, 我们可以给出指定胞的各种不重复结构, 然后计算能量, 最后可以给出一个横轴的浓度$x$的基态相图.

pyvasp get_grd_state:

$ $ pyvasp get_grd_state --help
$ Usage: pyvasp get_grd_state [OPTIONS] <your job name> <end job number>
$
$ pyvasp get_grd_state task 100 # return the number of ground state

计算缺陷形成能

1.1 基础知识：

_images/image1.jpg

图片引用于：Goyal A , Gorai P , Peng H , et al. A computational framework for automation of point defect calculations[J]. Computational Materials Science, 2017, 130:1-9.

由上图可知，缺陷形成能的计算一共可以分为四个部分，即

①带缺陷、不带缺陷结构的总能的计算 （Defect and Host Supercell）

②化学势的计算 (chemical potentials from phase stability)

③电子化学势即费米能的取值 （Electro chemical potential）

④缺陷形成能的修正计算 （Finite size corrections）

1.2 公式中各个部分的简单讲解

1.2.1 带缺陷、不带缺陷结构的总能的计算 （Defect and Host Supercell）

_images/image2.png

通过以上流程便可以将超胞能量EH和缺陷能量ED,q求出。值得注意的是在不同的带电情况下可以求出不同的缺陷形成能（比如带-1、0、+1的缺陷能量，即ED,-1 、ED,0 、ED,1）

1.2.2 化学势的计算 (chemical potentials from phase stability)

_images/image3.png

计算不同的环境下（如富氧，贫氧环境下）的化学势。如上图所示，A、B两点为贫氧环境下各个元素的化学势（具体数值可以由程序得出），而C、D两点则是富氧环境下各个元素的化学势。

1.2.3 电子化学势即费米能的取值 （Electro chemical potential）

电子化学势一般选取导带、价带两点的数值，并由此确定一直线，即分别取Ef = Ecbm和Ef = Evbm两点。

1.2.4 缺陷形成能的修正计算 （Finite size corrections）

修正项的详细内容请参考第一张图中的文章。其中，修正项主要有两项组成： ①线性修正：

_images/image4.png

②电荷校正：

_images/image5.png

1.3 具体操作方法（以单空位的Si为例子）

1.3.1 扩包至超胞内至少100个原子

扩胞命令:

pyvasp cell -v 5 5 5 POSCAR

1.3.2 获取多个不等价的Si缺陷结构::

扩胞命令:

pyvasp get_point_defect -i Vac -o Si Si-POSCAR   # generate a vacancy

（注：如果不是空位缺陷而是替换缺陷，则将Vacc换成替换原子，如Ga）

1.3.3 一步完成以下多种操作

①获取能量最低的结构

②计算该结构下不同电荷的能量

③计算各种修正项

  1. 提交以下任务:

    #/bin/bash
# relax calculation and scf calculation
pyvasp prep_single_vasp -a ISIF=3,node_name=long_q,job_name=supercell
pyvasp run_single_vasp supercell
cd supercell
pyvasp prep_single_vasp -p  CONTCAR -a kppa=4000,job_name=scf,node_name=long_q,NSW=0
pyvasp run_single_vasp scf
cd ..


# get ground state of defect configurations
pyvasp get_point_defect -i Vacc -o Si supercell/scf/CONTCAR

cd Si-Vacc-1-defect
i=0
for f in `ls`
do
mv $f POSCAR$i
let i=i+1
done
pyvasp prep_multi_vasp $((i-1)) -a node_name=long_q
pyvasp run_multi_vasp task $((i-1))
grd_idx=`pyvasp get_grd_state task $((i-1)) `
cp task${grd_idx}/CONTCAR grd_poscar


## calculate possible charge states
total_ele=`pyvasp main -a ele-free -w  task0`
for q in -2 -1 0 1 2
do
let ele=${total_ele}-$q
pyvasp prep_single_vasp -p grd_poscar -a NELECT=$ele,job_name=charge_state_$q,node_name=long_q
pyvasp run_single_vasp charge_state_$q
cd charge_state_$q
pyvasp prep_single_vasp -p  CONTCAR -a NELECT=$ele,job_name=scf,node_name=long_q,NSW=0
pyvasp run_single_vasp scf
cd ..
done

cd ..

## calculate image correlation
sed -n '1,5p' supercell/scf/POSCAR >poscar_img
echo H >> poscar_img
echo 1 >> poscar_img
echo direct >>poscar_img
echo "0.5 0.5 0.5 "  >>poscar_img
if [ ! -d image_corr ]
then
mkdir image_corr
fi
pyvasp prep_single_vasp -p poscar_img -a ISIF=2,job_name=image_corr,node_name=long_q
rm poscar_img
pyvasp run_single_vasp image_corr

  2. 计算完成后可以得到以下目录结构 (重要)

_images/image6.png

1.3.4 计算最终的缺陷形成能

  1. 计算前必须在./Si的目录文件下提供defect-incar文件

文件内容:

epsilon=13.36   #介电常数
mu_Si = -5.41     #化学势

  1. 计算缺陷形成能:

    pyvasp get_def_form_energy –help Usage: pyvasp get_def_form_energy [OPTIONS] <your data main direcroty> <your data defect calculation direcroty> pyvasp get_def_form_energy Si Si/Si-Vacc-defect

注：./Si 与Si/Si-Vacc-defect为目录结构，可参考上一步操作最后生成的目录结构。

如果该计算有多种缺陷，比如同时有空位和Ga替换Si，可用以下命令:

pyvasp get_def_form_energy Si  Si/Si-Vacc-defect Si/Si-Ga-defect
  1. 查看结果

在运行完上述命令后会生成defect_formation_energy.png和defect-log.txt

_images/image7.png _images/image8.png

1.3.5 化学势的计算 (chemical potentials from phase stability)

对于三组分体系，在不同环境（如贫氧和富氧）下，defect-incar中的化学势是不一样的，因此需要对此进行分析。以ZnGa2O3为例；需要提供chemical-incar文件以生成相图；

  1. 提供chemical-incar

文件内容：（以下是该元素或者化合物的总能，可以通过DFT计算获得，也可以通过查询Aflow得到):

Ga=-2.916203375

Ga8O12=-121.098

O2=-8.9573588

Zn=-2.5493

#Zn8Ga16O32=-328.32564

ZnO=-10.586057

  1. 运行以下命令:

    pyvasp chem_pot -r 0 chemical-incar

  2. 得到目标相图chemical-potential.png以及chemical_log.txt

如下：

_images/image9.png

以及:

_images/image10.png