ABACUS 金属Al入门与价电子核对

铝是学习金属计算的一个小例子。本篇使用四原子 FCC 常规晶胞，演示怎样准备结构、选择展宽并核对赝势中的价电子，而不是把金属的占据处理照搬为绝缘体设置。

下载完整输入、真实结果与绘图脚本，解压后进入包含 run.sh 的目录。以下脚本使用 ABACUS 3.10.1 P100 版（GNU 13.3、HPC-X 2.50 / Open MPI 5.0.10rc2、CUDA 12.8、OpenBLAS 0.3.30），分析采用 ASE 3.29.0。每个条件使用一张 GPU、一个 MPI 进程和一个线程，按顺序计算，适合先学习小体系流程。

1 提交这一组计算#

sbatch submit.slurm metal

这是核时 P100 模板。套餐用户先用 yskit 生成自己的分区脚本，保留脚本里的计算命令。run.sh 在分配的计算资源中调用；不要在登录节点直接执行科学计算。脚本中按组运行的命令很短：

bash run.sh metal

脚本自动准备 work/cases，完成计算后生成 work/analysis、work/converted 和 work/figures。重新计算请新解压一份，避免覆盖已有结果；reference 是本篇的实际输入输出。只想重画参考结果时，在资料包目录执行：

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

电子收敛参数 scf_thr 1e-8 指 ABACUS 的密度残差；几何优化的 force_thr_ev 0.02 单位为 eV/Å。优化完成后，脚本会用最终结构再做一次静态 SCF，重新核对能量与自由原子的力。

2 看懂输入#

晶格常数为4.05 Å，平面波截断50 Ry，k点4×4×4，Gaussian展宽0.01 Ry。smearing_sigma 的单位是 Ry，不能当成 eV。cal_force 与 cal_stress 输出当前固定结构的力和应力；calculation scf 不会优化晶胞，也不会移动原子。

al-metal-scf：完整 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
symmetry 0
smearing_method gauss
mixing_beta 0.3
smearing_sigma 0.01

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

3 核对赝势和输出#

本例 Al_ONCV_PBE-1.0.upf 含11个价电子，其中包括半芯态。四个Al对应44个价电子，不是按每个Al三个电子得到12。更换赝势之后，截断能、所需能带数和能量参考也可能改变。

grep -E 'z_valence' PP/Al_ONCV_PBE-1.0.upf
grep -E 'AUTOSET number of electrons|final etot|convergence' work/cases/al-metal-scf/OUT.tutorial/running_scf.log

原生日志中价电子总数为44，最终能量约 −7532.250939414 eV/晶胞。绝对能量用于相同赝势和数值设置下的差分，不能与另一种赝势的绝对值直接比较。

4 换成自己的金属#

先替换 STRU 的晶胞、坐标和元素/赝势对应关系，再调整 KPT。保持展宽方式相同，逐步加密k点和提高截断，观察关注的能量差、应力或力；本例只有一个教学参数点，不能据此认定50 Ry及4×4×4对所有金属足够。

需要改变晶格常数时看晶胞优化或能量体积拟合；合金空位参考看空位形成能。