Phonopy专题

Phonopy准谐近似：五个体积到热膨胀

基于鸢算科技集群实际VASP数据的Phonopy 4.8.3终端操作、输入、数据和图片。

更新于 2026-10-27约 2 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

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下载完整输入、原始输出和后处理脚本。解压后进入phonopy-workflows子目录。在已分配的CPU资源中运行bash run.sh，可重建本文全部后处理结果；这不会重新提交VASP任务。

输入需要两类能量#

每个体积需要一份静态电子能和一套该体积下的声子热自由能。将E电子(V)+F振动(V,T)按体积拟合后，寻找每个温度的自由能最低点。只在一个体积下计算声子不能直接得到热膨胀。

本例复用集群真实硅计算：基准体积的96%、98%、100%、102%、104%，每个体积含16原子超胞的位移受力及2原子原胞静态电子能。本次用Phonopy 4.8.3的Vinet EOS重新做QHA后处理；这与旧教程中的五点二次拟合拟合形式不同，最后几位不必完全相同。

1 检查体积、受力和静态目录配对#

ls si/si-phonon-v*.yaml
ls si/calculations/si-qha-static-v*/OUTCAR
python analyze_si.py
cat si/analysis/RESULTS.json

脚本逐体积重新读取受力，求力常数、16³网格和0–800 K、每50 K的振动热力学，然后把电子能和振动自由能传给PhonopyQHA。脚本读取的是OUTCAR的energy(sigma->0)，每项归一到同一2原子原胞。

2 理解矩阵形状和单位#

qha = phonopy.PhonopyQHA(
    volumes=volumes,                 # Å³，长度为体积数
    electronic_energies=energies,     # eV，同一原胞
    temperatures=temperatures,       # K
    free_energy=free_energy,          # kJ/mol，形状[温度, 体积]
    cv=heat_capacity,                # J/(mol K)
    entropy=entropy,                 # J/(mol K)
    eos='vinet', t_max=700
)

这里API接受的振动自由能为kJ/mol，内部处理单位换算；不要先自行换成eV后仍按此接口传入。电子能则是eV。五个体积的顺序必须与热力学矩阵各列一致。

3 读取实际结果#

温度/K	平衡原胞体积/Å³	体膨胀系数/K⁻¹
0	41.080236	端点占位，不用于导数判断
100	41.070265	−3.413891×10⁻⁶
300	41.078591	5.125071×10⁻⁶
500	41.136946	8.418965×10⁻⁶
700	41.212750	9.833822×10⁻⁶

硅准谐体积与体膨胀系数

低温局部负体膨胀是这套谐力常数和拟合给出的结果，并不意味着出现负体积。对立方晶体的小应变，可将体膨胀系数除以3得到线膨胀系数；各向异性材料不能这样直接处理。

所有拟合最低点都在本例采样的39.2570–42.5284 Å³范围内。若自己的最低点跑到体积边界之外，应补算体积点，而不是外推后直接发布结果。QHA不包含充分的显式非谐效应；五体积和小超胞仅作流程参考。

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