ABACUS 金属态密度与k点检查

DOS是均匀k网格上的态数分布。本篇先做Al自洽计算，再固定该密度计算4×4×4与8×8×8网格的DOS，说明展宽、能量步长、能带数以及k网格如何影响图形。高对称能带路径不能代替DOS积分网格。

下载输入、实际原生输出、CSV与绘图脚本，解压后进入 run.sh 所在目录。ABACUS 3.10.1 P100版使用GNU 13.3、HPC-X 2.50 / Open MPI 5.0.10rc2、CUDA 12.8与OpenBLAS 0.3.30；绘图采用ASE 3.29.0与Matplotlib。

1 提交并得到结果#

sbatch submit.slurm

模板面向核时P100用户，每个计算依次使用一张GPU、一个MPI进程和一个线程。套餐用户用 yskit 取得自己的分区模板，保留实际运行命令 bash run.sh。不要在登录节点直接执行科学计算。脚本建立 work/cases，按SCF→读取密度的NSCF顺序执行，再自动生成 work/analysis 和 work/figures。

参考输出在 reference/cases。只重画参考数据时，无需重新提交：

module load ase/3.29.0
python analyze.py reference
python plot_results.py reference

重新完整计算请用新解压目录，脚本会拒绝覆盖已经存在的work。资料包保留五个新增电子结构条件、一个既有Si网格参考和一次相同物理设置的静电势输出；重复输出步骤不会被当成额外独立物理条件。

2 自洽密度与两份NSCF#

体系为Al4、a=4.05 Å、50 Ry。SG15/ONCV赝势每Al含11个价电子，整个晶胞44电子；nbands 32 包含占据带和空带。SCF用4×4×4，输出 SPIN1_CHG.cube；两份NSCF使用 init_chg file，分别读入相同SCF密度。

al-scf 的 INPUT#

INPUT_PARAMETERS
suffix tutorial
calculation scf
basis_type pw
ecutwfc 50
scf_thr 1e-8
scf_nmax 150
ks_solver cg
device gpu
precision double
cal_force 1
cal_stress 1
pseudo_dir ../PP_ORB
symmetry 0
smearing_method gauss
mixing_beta 0.3
smearing_sigma 0.01
out_chg 1
out_dos 1
nbands 32
dos_edelta_ev 0.02
orbital_dir ../PP_ORB

ATOMIC_SPECIES
Al 26.9815385 Al_ONCV_PBE-1.0.upf

LATTICE_CONSTANT
1.8897261246257702

LATTICE_VECTORS
4.050000000000 0.000000000000 0.000000000000
0.000000000000 4.050000000000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 4.050000000000

ATOMIC_POSITIONS
Direct
Al
0.0
4
0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000 1 1 1
0.000000000000 0.500000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.000000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.500000000000 0.000000000000 1 1 1

K_POINTS
0
Gamma
4 4 4 0 0 0

al-dos-k4 的 INPUT#

INPUT_PARAMETERS
suffix tutorial
calculation nscf
basis_type pw
ecutwfc 50
scf_thr 1e-8
scf_nmax 150
ks_solver cg
device gpu
precision double
cal_force 1
cal_stress 1
pseudo_dir ../PP_ORB
symmetry 0
smearing_method gauss
mixing_beta 0.3
smearing_sigma 0.01
init_chg file
out_dos 1
nbands 32
dos_edelta_ev 0.02
orbital_dir ../PP_ORB

ATOMIC_SPECIES
Al 26.9815385 Al_ONCV_PBE-1.0.upf

LATTICE_CONSTANT
1.8897261246257702

LATTICE_VECTORS
4.050000000000 0.000000000000 0.000000000000
0.000000000000 4.050000000000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 4.050000000000

ATOMIC_POSITIONS
Direct
Al
0.0
4
0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000 1 1 1
0.000000000000 0.500000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.000000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.500000000000 0.000000000000 1 1 1

K_POINTS
0
Gamma
4 4 4 0 0 0

al-dos-k8 的 INPUT#

INPUT_PARAMETERS
suffix tutorial
calculation nscf
basis_type pw
ecutwfc 50
scf_thr 1e-8
scf_nmax 150
ks_solver cg
device gpu
precision double
cal_force 1
cal_stress 1
pseudo_dir ../PP_ORB
symmetry 0
smearing_method gauss
mixing_beta 0.3
smearing_sigma 0.01
init_chg file
out_dos 1
nbands 32
dos_edelta_ev 0.02
orbital_dir ../PP_ORB

ATOMIC_SPECIES
Al 26.9815385 Al_ONCV_PBE-1.0.upf

LATTICE_CONSTANT
1.8897261246257702

LATTICE_VECTORS
4.050000000000 0.000000000000 0.000000000000
0.000000000000 4.050000000000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 4.050000000000

ATOMIC_POSITIONS
Direct
Al
0.0
4
0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000 1 1 1
0.000000000000 0.500000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.000000000000 0.500000000000 1 1 1
0.500000000000 0.500000000000 0.000000000000 1 1 1

K_POINTS
0
Gamma
8 8 8 0 0 0

手动运行NSCF时，要把密度放到相应输出目录；资料包已自动完成：

mkdir -p work/cases/al-dos-k8/OUT.tutorial
cp work/cases/al-scf/OUT.tutorial/SPIN1_CHG.cube work/cases/al-dos-k8/OUT.tutorial/

不要在新NSCF目录里只写 init_chg file 却没有提供密度，也不要把另一个晶胞或另一套赝势的密度放进来。NSCF总能量不作为新的自洽总能量用于反应能或EOS。

3 读DOS的列，核对态数#

实际输出 DOS1_smearing.dat 第一列为能量/eV，第二列为态密度，单位states/(eV·cell)。本版第三列是第二列逐行累加；它尚未乘能量步长。本例步长 dos_edelta_ev 0.02，第三列末值约3200，乘0.02后约64，对应32条带×每带两个自旋态。不要把3200当电子数，也不要把包含空带的64态当成44个占据电子。

module load ase/3.29.0
python analyze.py work
cat work/analysis/RESULTS.json
head -n 5 work/analysis/al-dos-k8.csv

分析脚本实际对第二列积分，得到约63.99996态。对于占据电子数，还必须结合费米占据，不能把整个能量窗口的所有态都加成占据电子。

4 费米能与k点是否足够#

两者费米能相差约0.46163 eV，费米附近峰形也明显依赖网格，所以这一对结果用于学习与识别未收敛情况，不据此给出已收敛的费米处态密度。应继续加密SCF与NSCF网格，检查截断、带数和DOS平滑展宽；不要只把曲线画得更平滑。

图左分别用各自EF为零，方便看费米附近的形状；图右保留共同原生能量参考展示半芯态和总态数。改变绘图参考不改变原始本征值，也不能掩盖EF差异。半芯态位于更深能区，不在左侧±8 eV窗口里。

5 DOS展宽和占据展宽分开看#

smearing_sigma 0.01 控制SCF/占据中的Gaussian展宽，单位Ry；dos_edelta_ev 0.02 控制输出能量采样间隔，单位eV。DOS图的平滑宽度是另一项设置，改变时应查本版 dos_sigma 说明，三者不要混为一谈。

继续看Si轨道投影与求和和Al价电子入门。格式依据ABACUS官方DOS说明，本篇数值与第三列算法按3.10.1实际文件和随包 source-notes/cal_dos.cpp 核对。