ATOMKIT NEB 插值与原子匹配

NEB 需要初态、终态和一组中间结构。ATOMKIT 505 可以先生成几何插值；本篇分别演示一致原子顺序、终态原子重排后的匹配，以及跨周期边界的短路径。

1. 下载并查看三组实际插值#

下载输入结构、真实输出、操作和绘图工具，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd atomkit-geometry-models

source ./env.sh
bash show-reference.sh
bash plot-results.sh
ls -lh plots/

本篇使用集群已有 ATOMKIT Standard 0.9.0 官方预编译程序（模块 atomkit/0.9.0），在登录节点进行小型结构处理，不需要 MPI 或 GPU。辅助几何检查和绘图使用已有 ASE 3.29.0、NumPy、SciPy 和 spglib 环境。附件包含自己构建的结构，不包含 ATOMKIT 程序或上游晶体数据库。

这些是 NEB 初始几何，没有在本篇进行 VASP 能量、力或能垒计算。示例端点使用同一个 8 原子 Si 晶胞，只移动一个原子，便于看清插值与原子对应关系。

2. 原子顺序一致：生成5个中间结构#

初态 inputs/Si8.vasp 与终态 inputs/Si8-final.vasp 只相差第一个原子沿 x 方向移动 0.1086 Å，相当于当前 5.43 Å 晶胞中的 0.02 分数坐标。

source ./env.sh
mkdir manual-neb
cp inputs/Si8.vasp manual-neb/POSCAR
cp inputs/Si8-final.vasp manual-neb/FINAL
cd manual-neb
atomkit <<'INPUT'
505
175 POSCAR
175 FINAL
n
5
175
INPUT
ls NEB_*.vasp
cd ..

这里 n 表示不重新匹配原子，适用于初末态的原子顺序已经一致的情况。输入 5 是内部中间结构数，加上两个端点，实际得到七个文件：NEB_01.vasp 到 NEB_07.vasp。

本例每一步移动约 0.0181 Å，第一帧与最后一帧分别对应两个端点。应保持相同的元素顺序、原子数和晶胞；不要把不同晶胞的简单插值直接当成已经建立了固态 NEB 路径。

3. 终态原子重排：选择需要匹配的元素#

附件另有 Si8-final-reversed.vasp，物理终态相同，但把原子排列顺序反转。此时应启用匹配，并明确输入参与匹配的元素：

source ./env.sh
mkdir manual-matched
cp inputs/Si8.vasp manual-matched/POSCAR
cp inputs/Si8-final-reversed.vasp manual-matched/FINAL
cd manual-matched
atomkit <<'INPUT'
505
175 POSCAR
175 FINAL
y
Si
5
175
INPUT
ls NEB_*.vasp
cd ..

y 后面还有一步 Si，不能直接接中间结构数。这个示例匹配后，全部中间原子位置与前一组一致。复杂扩散、同种原子交换或反应体系中，自动几何匹配不一定等于你想研究的原子迁移关系，仍需要逐帧检查。

4. 跨周期边界：确认走短路径#

第三组把第一个原子的 x 分数坐标从 0.98 移到 0.02：

source ./env.sh
mkdir manual-boundary
cp inputs/Si8-boundary-A.vasp manual-boundary/POSCAR
cp inputs/Si8-boundary-B.vasp manual-boundary/FINAL
cd manual-boundary
atomkit <<'INPUT'
505
175 POSCAR
175 FINAL
n
5
175
INPUT
ls NEB_*.vasp
cd ..

最小镜像路径相当于 0.98 → 1.02，总位移是 0.2172 Å，不是沿反方向跨越大部分晶胞。图中用连续分数坐标展示这条短路径；写在 1.02 与写在 0.02 表示周期等价的位置。

本例每帧都与独立 ASE 最小镜像插值及线性位移核对。自己的路径还需要检查原子是否异常靠近、是否发生不希望的原子交换，以及所选晶胞是否足够大。

5. 整理成VASP NEB目录#

bash arrange-neb.sh
ls vasp-neb/
head -n 9 vasp-neb/00/POSCAR

工具优先读取刚才 manual-neb 中的七个实际文件，建立 00 到 06。00 和 06 是端点，01–05 是五个内部结构，对应 IMAGES=5。已有 vasp-neb 时拒绝覆盖，避免误写已有任务。

接下来再根据自己的计算方法准备 INCAR、KPOINTS、赝势和提交脚本。端点通常先做相应优化；几何插值并没有给出最小能量路径或过渡态。完整计算参考 VASP NEB反应路径，结构准备参考 VASP结构优化。

参考：ATOMKIT 官方介绍、ASE NEB与最小镜像插值。