Phonopy DOS投影与Debye拟合

下载本节数值输入、脚本与绘图程序，在自己的CPU工作目录运行：

unzip phonopy-dsf-dos-nac-files-wave249.zip -d phonopy-practice
cd phonopy-practice
bash setup.sh
bash run.sh

setup.sh联网创建本目录个人.env，安装固定的Linux x86_64预编译环境，并下载、校验ASE3.29.0的纯Python包到extras/。不改公共模块或用户全局Python。环境包含Phonopy4.8.3、Python3.11.18、NumPy2.4.6、symfc1.7.3、pypolymlp0.22.1；C/C++运行库为libgcc/libstdcxx16.2.0，绘图使用集群phonopy/4.8.3模块。流程单线程运行，不需要GPU，也不启动新的DFT。

source/保存原生命令结果，analysis/、dsf/、xray/、debye-windows/保存提取数据，figures/保存四张高清图。为保护已有结果，重复练习请换新目录解压。下面手动操作都另建工作目录。

1 计算总声子DOS#

mkdir manual-dos
cd manual-dos
../.env/bin/phonopy ../source/Si.yaml --no-fc-symmetry \
  --mesh '16 16 16' --gc --dos --sigma 0.15 \
  --fmin 0 --fmax 20 --fpitch 0.05 --fits-debye-model
head total_dos.dat
cd ..

这里明确给出三个整数，表示16×16×16声子网格。频率轴、展宽和步长的单位均为THz；--sigma 0.15为高斯展宽。别把只写一个数的密度长度参数与三个整数网格混淆。

2Si原胞共有6条振动分支，本例积分约5.999633，接近6。有限频率区间与展宽会带来小偏差；DOS形状还需对网格和展宽做收敛检查。

2 原子与笛卡尔XYZ分量#

mkdir manual-pdos
cd manual-pdos
../.env/bin/phonopy ../source/Si.yaml --no-fc-symmetry \
  --mesh '8 8 8' --gc --nomeshsym --pdos '1, 2' --xyz-projection \
  --dos --sigma 0.15 --fmin 0 --fmax 20 --fpitch 0.05
head projected_dos.dat
cd ..

1, 2分别选择原胞第1、2个原子，--xyz-projection把每组展开为笛卡尔x/y/z分量，因此本例有6列投影。原子编号从1开始。所有6列之和对应同一8³网格上的总DOS；不要拿它逐点要求等于上一步16³网格曲线。

Si两个原子等价、三方向对称，许多曲线重合是正常结果。各向异性材料一般不会这样。

3 Debye温度为什么随拟合范围变#

在本包实际4.8.3中，命令行默认拟合取输出频率网格的前四分之一。本例输出0–20 THz、步长0.05，实际用100个点，最后一个为4.95 THz。它不是自动识别出的唯一线性色散区间。

cat debye_windows.py
cat debye-windows/fit-windows.csv

两个结果来自同一DOS，仅改变拟合窗口。包中用run_debye_frequency(freq_max_fit=3.0)演示指定上限，并独立拟合低频DOS的ν²系数。温度按hνD/kB换算。

因此应同时报告DOS网格、展宽、频率范围与拟合窗口。这里用于理解操作与窗口敏感性，不把392 K或360 K写成已经收敛、可直接引用的Si材料常数。

4 只选声学分支的热容#

cat source/acoustic-subset-thermal/thermal_properties.yaml

脚本实际用--bi '1 2 3' --pr选择本例前三条声学分支，并计算300/600 K热量；--nowritemesh省略大网格输出，--exclude-gamma-acoustic及0.1 THz阈值避开Γ零频率。

这是选定分支的贡献，不是全部6条分支的总热容。模式交叉后，按频率排序的前三支不一定始终代表同一连续分支，应结合色散和本征矢判断。存在真实不稳定模式时，先解决模型稳定性，不能用筛选将不稳定材料包装成稳定结果。

热张量与单位见位移张量和谱矩，DOS设置见官方设置说明。