py4vasp专题

py4vasp Berry极化与位移响应

对NaCl中Na位移±0.02Å，读取真实有符号偶极并与DFPT Born有效电荷比较。

更新于 2026-11-08约 8 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

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对NaCl中Na位移±0.02Å，读取真实有符号偶极并与DFPT Born有效电荷比较。下面按准备、读取、核对与画图的顺序操作。

1. 下载数据，先提取再画图#

unzip py4vasp-response-practical-wave290-*.zip
cd py4vasp-response-practical-wave290
bash preview.sh

再完整运行读取、原生工具与绘图：

bash run.sh
ls results/data
ls plots/figures

run.sh依次执行prepare.sh、extract.sh、tools.sh、plot.sh。结果写入results/data/，原生数据报告和视图矢量在tools-output/，七张PNG在plots/figures/；输出目录受保护，重复运行请换一个新解压目录。随包的figures/可直接查看。

后处理用py4vasp/0.11.3的Python3.11环境，静态图用pymatgen/2026.9.24环境的NumPy2.3.5、Matplotlib3.11.2，只需已分配资源内1个CPU，不重新运行VASP。carriers/保存实际计算导出的自有数值与字段配方；运行时在work/重建最小HDF读取载体，不是原始完整VASP输出。这里全部选定数组保留完整分辨率，无插值、无抽样，不包含PAW、波函数或程序。

inputs/保留本例完整INCAR、POSCAR、KPOINTS。真实GPU计算使用VASP6.6.1/HDF5、NVHPC25.3、CUDA12.8、P100或V10016G；BSE使用VASP6.6.1 CPU/HDF5、Intel oneAPI2024.2、MPI、HDF51.14.6。提取工具不替代VASP求解。

2. 做一对小位移计算#

两原子NaCl原胞中，Na沿笛卡尔x分别移动−0.02、+0.02 Å，其余原子与晶胞不动。两次均用同一PAW、550 eV、Gamma4³、EDIFF=1E−6，关键参数：

LCALCPOL = .TRUE.
ISYM = 0
IBRION = -1
NSW = 0

无需再手工修改本包的两份POSCAR，位移已经写入：

mkdir NaCl-minus NaCl-plus
cp inputs/NaCl-polarization-minus/{INCAR,POSCAR,KPOINTS} NaCl-minus/
cp inputs/NaCl-polarization-plus/{INCAR,POSCAR,KPOINTS} NaCl-plus/
# 为两个目录提供相同POTCAR，分别通过Slurm提交

原胞的晶格a、b、c是斜坐标，沿笛卡尔x移动0.02Å，不等于分数坐标第一项加0.02。自己建位移时先转到笛卡尔坐标，再周期回包；两次保持原子顺序。

3. 电子和离子偶极直接相加#

module load py4vasp/0.11.3
python - <<'PYCODE'
import numpy as np
import py4vasp
out = []
for side in ['minus', 'plus']:
    c = py4vasp.Calculation.from_path('work/NaCl-polarization-'+side)
    d = c.polarization.read()
    print(side, d)
    out.append(d['electron_dipole'] + d['ion_dipole'])
cell = c.structure.read()['lattice_vectors']
delta = out[1]-out[0]
branch = np.rint(delta @ np.linalg.inv(cell))
delta -= branch @ cell
print('去除晶格量子:', branch)
print('偶极差/eÅ:', delta)
print('d偶极/dNa-x:', delta / 0.04)
PYCODE

接口名为polarization，但这两个数组的单位是**|e|Å偶极**，不是直接的C/m²。电子偶极已经含电子电荷符号，不要再人为乘负号。离子偶极可能因周期分支出现较大的常数，本例两个x值约−19.97、−19.93 eÅ；有意义的是同一分支的变化。

简单小位移的分支处理可以把偶极差转换到晶格基底，减去最近整数晶格量子。本例三个整数均为0。大位移、铁电翻转或多分支路径需要沿连续路径跟踪，不能只比较两个端点后机械取最近值。

4. 与Born有效电荷对照#

本例总偶极差x为 0.04378717944 eÅ，中央差分得∂px/∂uNa,x=1.09467949 e。相同结构与参数先前真实DFPT的Born有效电荷对应列为(1.10453402,0,0)，两者相对差约 0.892%。这是有限位移响应的一次实用交叉检查，不是非线性极化或位移收敛研究。

NaCl电子、离子及总偶极变化和Born对照

图左为了看清小变化减去两个端点的平均常数，原始有符号数据完整保留在CSV；图右比较的都是同一个Na、同一笛卡尔位移方向。

head -3 results/data/NaCl-dipole-components.csv
cat results/data/SUMMARY.json

转极化变化时使用ΔP=Δp/V，体积46.29825 Å³，e/Å²转C/m²再乘16.02176634。本例x方向约0.015153 C/m²；不要把DFPT Born张量当成绝对极化。

将自己的输入提交到Slurm#

前文解压重画不需要提交VASP。若要新计算，在自己的计算目录提供匹配PAW，将下面内容保存为submit.sh：

#!/bin/bash
#SBATCH --partition=gpu-8p100-hs
#SBATCH --ntasks=1
#SBATCH --cpus-per-task=1
#SBATCH --gres=gpu:p100-16g:1
#SBATCH --time=00:30:00
set -eo pipefail
source /etc/profile
module purge
module load vasp/6.6.1-p100-hdf5
ulimit -s unlimited
export OMP_NUM_THREADS=1 OPENBLAS_NUM_THREADS=1 MKL_NUM_THREADS=1
mpirun --bind-to none -np 1 vasp_std > vasp.log

sbatch submit.sh
squeue -u "$USER"

完成后先确认OUTCAR有正常结束信息、电子步满足EDIFF，再从自己的目录调用本篇接口。两个位移目录需分别提交；输出的vaspout.h5保存对应本例真实数组后才可读取。

完整计算输入#

PAW和前置文件按正文自行提供；下列输入也在下载包中，不会由后处理脚本自动提交。

NaCl-polarization-minus#

INCAR（完整）

SYSTEM=NaCl-polarization-minus
ENCUT=550
PREC=Accurate
EDIFF=1E-6
EDIFFG=-0.02
IBRION=-1
NSW=0
ISIF=2
ISMEAR=0
SIGMA=0.05
LREAL=.FALSE.
LASPH=.TRUE.
LWAVE=.TRUE.
LCHARG=.TRUE.
NELM=160
ALGO=Normal
ISYM=0
LORBIT=11
NBANDS=24
LH5=.TRUE.
NPAR=1
LCALCPOL=.TRUE.

POSCAR（完整）

Cl Na
 1.0000000000000000
     0.0000000000000000    2.8500000000000001    2.8500000000000001
     2.8500000000000001    0.0000000000000000    2.8500000000000001
     2.8500000000000001    2.8500000000000001    0.0000000000000000
 Cl  Na 
   1   1
Direct
  0.5000000000000001  0.5000000000000000  0.4999999999999998
  0.0035087719298246  0.9964912280701755  0.9964912280701755

KPOINTS（完整）

Small response tutorial mesh; not a convergence study
0
Gamma
4 4 4
0 0 0

NaCl-polarization-plus#

INCAR（完整）

SYSTEM=NaCl-polarization-plus
ENCUT=550
PREC=Accurate
EDIFF=1E-6
EDIFFG=-0.02
IBRION=-1
NSW=0
ISIF=2
ISMEAR=0
SIGMA=0.05
LREAL=.FALSE.
LASPH=.TRUE.
LWAVE=.TRUE.
LCHARG=.TRUE.
NELM=160
ALGO=Normal
ISYM=0
LORBIT=11
NBANDS=24
LH5=.TRUE.
NPAR=1
LCALCPOL=.TRUE.

POSCAR（完整）

Cl Na
 1.0000000000000000
     0.0000000000000000    2.8500000000000001    2.8500000000000001
     2.8500000000000001    0.0000000000000000    2.8500000000000001
     2.8500000000000001    2.8500000000000001    0.0000000000000000
 Cl  Na 
   1   1
Direct
  0.5000000000000001  0.5000000000000000  0.4999999999999998
  0.9964912280701753  0.0035087719298246  0.0035087719298246

KPOINTS（完整）

Small response tutorial mesh; not a convergence study
0
Gamma
4 4 4
0 0 0

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