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作者：佚名 时间：2024-07-11 18:16:31
结构优化、静态自洽和非自洽计算的意义分别是什么？
先自己答吧。
1） 材料计算（或者叫周期性结构计算、凝聚态计算、第一性原理计算），主要目的是找出价电子的能带结构（因为它和导电性、发光性等有密切关系），以及和能带结构能相互推出的电子态密度（因为价电子的配分函数是其态密度的拉普拉斯变换，得知配分函数，体系的热力学性质也就确定了）；
2） 价电子的能带结构和态密度相互推出，计算它们，其实就是求解布洛赫方程，对价电子的波函数（其实是KS轨道）进行调制。所以，得首先确定原子的结构和晶体的结构，原子结构和晶体结构的确定需要通过计算得出；
3） 两种结构的计算结果是不可能获得真实解的，而是一个自洽的过程，只能自圆其说，不能证明是真实值。而价电子的能带结构和态密度（The fermi level location is accurate only in self-consistent calculation.）是准确的，因为它们的计算只是对波函数（其实是KS轨道）进行调制而已，所以属于非自洽计算；
4） 在自洽计算中，又分粗算和精算，粗算是结构优化，使用原子驰豫和电子自洽耦合的方式，精算是在粗算的基础上，固定原子坐标，对电子进行自洽计算。
5） 综上所述，结构优化确定原子坐标，静态自洽精算电子坐标，非自洽计算是对价电子波函数进行调制，通过调制后的波函数（其实是KS轨道）对应的能量（就是能带结构和态密度）分析体系的物理性质和化学性质。
就当抛砖引玉吧。
看到非自洽运算，题主是quantum espresso用户吧
第一步：结构优化
结构优化是指对整个输入体系的坐标进行调整，得到一个相对稳定的基态结构。结构优化分原子迟豫和电子迭代两个嵌套的过程，每次计算中都进行原子迟豫和电子迭代计算（电子迭代嵌套在原子迟豫中），达到原子迟豫收敛标准时进行下一步计算，直到达到自动中断或者最大原子迟豫步数。简单讲就是：
【原子弛豫+电子自恰迭代=稳定架构】
第二步：静态自洽计算
静态自洽计算是在结构优化的基础上，在体系能量达到较低、体系较稳定的情况下固定原子的位置坐标，再对体系中的电子进行调整，以达到体系的最低能量。
【原子不动+电子再次自恰迭代=基态（能量最低、稳定结构）】
因此，静态自洽计算前需要提供 较稳定体系 的晶格结构信息（即结构优化完的晶体结构），从而通过电子自洽计算 （通过自洽迭代求解薛定谔方程（微观中描述电子的状态，相当于宏观的运动方程）） 完整地计算出 体系基态下费米能级、 电子的波函数、电荷密度等信息，可以直接分析原子间的键合作用
第三步：非自洽计算
非自洽计算是在自洽基础上改变k点（重新生成k点）等参数，根据不同需要选取能量或势函数或电子密度作为初始值，进行非自洽迭代计算，可用于求解DOS，能带（电子结构分析）或者光学等其他性质。
本文将使用Si为例子，讲解如何设置输入文件，使用VASP进行SCF计算。需要准备四个输入文件，分别是POSCAR、POTCAR、INCAR以及KPOINTS。
个人习惯是在结构弛豫的目录下建立一个新的目录，用于SCF计算，相关命令如下：
mkdir scf
cp CONTCAR INCAR KPOINTS POSCAR POTCAR scf
cd scf
mv CONTCAR POSCAR
vi INCAR
vi KPOINTS
将上一步结构弛豫后得到的结构，CONTACR文件复制到当前目录下，并且输入下条命令：
mv CONTCAR POSCAR
用于进行SCF步以及后续的计算的结构文件。
需要强调一点：
强烈建议检查CONTCAR文件，是否合理
因为有时候弛豫得到的结构不是非常的合理。比如说，在对属于六方晶系的2H-MoS2体相结构弛豫后（ISIF=3），CONTCAR得到的结构可能会不符合六方晶系的定义，也就是说角度可能不是120°，而会偏一点，比如说120.02°。（这种情况倒也不是说上一步弛豫结构计算有误），解决办法就是使用Materials Studio等软件，对弛豫得到的结构重新寻找一下对称性，使之成为合理的结构，用于后续计算。
相对于结构弛豫步的INCAR，需要调整以下参数：
IBRION=-1
ISIF=2
NSW=0
ISMEAR=0 / -5 for dos calculation
LWAVE=.T. ? .F.
LCHARG=.T. ? .F.
如果不是为了计算态密度，通常不需要将ISMEAR设置为-5，用Gaussian smearing即可。详细解释可以参考vaspwiki，相关解释摘要如下：
For the calculations of the DOS and very accurate total-energy calculations (no relaxation in metals), use the tetrahedron method (ISMEAR=-5)
针对LWAVE/LCHARG参数的设置，补充一些：
如果参数设置为.T.，则计算之后，会对应输出WAVECAR和CHG、CHGCAR文件
如果服务器的内存充足，建议无脑将两个参数设置为TRUE
如果服务器的内存有限，如何设置，需要根据后续的需求来定，比如：
如果后续进行能带计算，只需要用到CHGCAR
如果后续进行DOS计算，也是只需要CHGCAR
如果后续进行HSE计算，只需要WAVECAR，而不需要CHGCAR
可以不改，也可以选择加密k点（是否需要加密k点，根据自己后续要算的物理量决定）
通常来说，CHG文件不需要使用，后续的计算一般使用的是CHGCAR文件
结构优化、静态自洽和非自洽计算在计算材料学中各自扮演着重要的角色。以下是关于这三者的具体介绍：
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多年来一直专注于科学计算服务器，入围政采平台，H100、A100、H800、A800、L40、L40S、RTX6000 Ada，RTX A6000，单台双路256核心服务器等。
