MoS₂二维结构优化与固定晶胞高度

下载全部输入、实算数据和短命令脚本（ZIP）。二维体系常需要面内晶格和原子位置一起调整，同时保持层外方向不变。本例将MoS₂变成六原子的正交矩形晶胞，x初始拉伸3%、y压缩2%，c=20 Å。

这里20 Å指整个晶胞高度，包含材料层厚；它不是20 Å的净真空间隙。初始层厚3.19 Å，周期层间空隙约16.81 Å。

1 查看并准备输入#

cat inputs/MoS2-plane-opt/POSCAR
cat inputs/MoS2-plane-opt/INCAR
cat inputs/MoS2-plane-opt/KPOINTS

完整POSCAR：

Mo S 
 1.0000000000000000
     3.2754000000000003    0.0000000000000000    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    5.3977631367076491    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    0.0000000000000000   20.0000000000000000
 Mo  S  
   2   4
Direct
  0.0000000000000000  0.0000000000000000  0.5000000000000000
  0.4999999999999999  0.4999999999999999  0.5000000000000000
  0.4999999999999999  0.1666666666666667  0.5797500000000001
  0.4999999999999999  0.1666666666666667  0.4202500000000001
  0.0000000000000001  0.6666666666666667  0.5797500000000001
  0.0000000000000001  0.6666666666666667  0.4202500000000001

元素顺序是Mo、S，赝势采用Mo_sv和S，按相同顺序拼接。完整INCAR：

SYSTEM=MoS2-plane-opt
ENCUT=550
PREC=Accurate
EDIFF=1E-6
EDIFFG=-0.02
ISYM=0
ISIF=3
IBRION=2
NSW=100
POTIM=0.3
ISMEAR=0
SIGMA=0.05
LREAL=.FALSE.
LASPH=.TRUE.
ADDGRID=.TRUE.
ALGO=Normal
NELM=150
LWAVE=.FALSE.
LCHARG=.FALSE.
NCORE=1
IOPTCELL=1 0 0 0 1 0 0 0 0

ISIF=3 同时放松原子及允许的晶胞自由度；IOPTCELL 只保留xx、yy形变驱动力。EDIFFG=-0.02 是原子力目标，不能据此宣称所有应力都严格为零。ISYM=0 让约束的作用更直接，不依赖自动识别的对称性。

Constrained relaxation teaching mesh
0
Gamma
7 4 1
0 0 0

7×4×1匹配正交面内尺寸，层外仅一个k点。真空厚度、k点和Pulay应力仍需针对生产目标进一步检查。

2 原生约束怎么写#

原生对照使用相同POSCAR、截断和k点，替换约束项：

ISIF = 3
LATTICE_CONSTRAINTS = .TRUE. .TRUE. .FALSE.

第三个方向固定，面内允许调整。正交且无驱动面内剪切的这个例子中，结果与补丁xx/yy掩码一致；不要因此推广成所有斜晶胞也等价。

cat inputs/MoS2-plane-native/INCAR
cat inputs/MoS2-fixed-native/INCAR

固定晶胞对照则用 ISIF=2，只调整原子；它仍然是结构优化，但没有优化面内晶格。

3 提交与查看结果#

在附件根目录首次运行：

bash prepare.sh
bash calculate.sh
bash status.sh

这三条提交整套11个小算例，其中包含三组MoS₂对照。已提交过就只查看状态，全部完成后执行：

bash verify.sh
cat work/MoS2-plane-opt/CONTCAR
head work/analysis/optcell-summary.csv

4 本集群实际得到什么#

结构图沿周期方向复制展示，底层计算仍是六原子晶胞。补丁和原生的面内曲线重合。

面内优化用了六个离子步，最终最大原子力约0.0160 eV/Å；三组MoS₂全部输出步中c都保持20 Å。固定晶胞对照的a、b、c均不变，最终力约0.00844 eV/Å，但它没有得到面内晶格的能量最低点。

两种不同自由度的结果能量有差别，并不说明 ISIF=2 算错了：它回答的是给定晶格下的原子优化。改成自己的二维材料时，先确定基底是否固定、是否允许面内应变，再选择自由度。