ShengBTE 晶格热输运入门

ShengBTE用二阶、三阶力常数求解声子玻尔兹曼输运方程，常用于晶格热导率、散射率、寿命和平均自由程分析。使用顺序是：先准备可靠的力常数，再检查结构与单位，然后选温度和q网格，最后读热导张量及模分辨结果。

1. 从一个最小目录开始#

一个常规BTE任务至少有：

CONTROL
FORCE_CONSTANTS_2ND
FORCE_CONSTANTS_3RD

自定义同位素组成时再放 ISOTOPES。CONTROL 写原胞，不是16原子超胞的全部坐标；scell 说明二阶力常数的超胞范围。本例原胞2原子，超胞2×2×2，所以力常数对应16原子。

2. 先提交一个RTA例子#

sbatch single.slurm

结果在 work/si-q6-300K-rta/。已经获得CPU任务资源后，底层运行方式是：

module load shengbte/2.1.0-8173m
mpirun -np 1 --bind-to none ShengBTE > shengbte.out

在包含三个输入文件的任务目录运行。ShengBTE不靠一串命令行参数选择功能，主要设置都在CONTROL；MPI进程数和OpenMP线程数属于外部并行启动方式。

3. 读一个完整CONTROL#

&allocations
 nelements=1,
 natoms=2,
 ngrid(:)=6 6 6,
 norientations=0
&end
&crystal
 lfactor=0.543,
 lattvec(:,1)=0.0 0.5 0.5,
 lattvec(:,2)=0.5 0.0 0.5,
 lattvec(:,3)=0.5 0.5 0.0,
 elements="Si",
 types=1 1,
 positions(:,1)=0.00 0.00 0.00,
 positions(:,2)=0.25 0.25 0.25,
 scell(:)=2 2 2,
&end
&parameters
 T=300.,
 scalebroad=1.0,
 maxiter=1000,
 eps=1e-7,
 nticks=80,
 rmin=5., rmax=105., dr=20.
&end
&flags
 nonanalytic=.FALSE.,
 convergence=.FALSE.,
 improved_iteration=.TRUE.,
 isotopes=.TRUE.,
 autoisotopes=.TRUE.,
 nanowires=.FALSE.,
 wigner=.FALSE.,
 onlyharmonic=.FALSE.,
 nthreads=1
&end

lfactor=0.543 的单位是nm，乘无量纲基矢得到5.43Å晶格对应的FCC原胞。T 是声子布居和散射求解温度，不是启动MD控温。convergence=.FALSE. 选RTA；改成TRUE才迭代BTE。硅本例没有非解析修正，所以nonanalytic为FALSE；极性材料需要匹配的介电张量与Born有效电荷。

4. 再按目标读分篇#

• 力常数与单位检查：从DFT到FC2/FC3及格式读取。
• RTA与迭代BTE：GMRES、旧迭代和停止容差。
• q网格、温度与展宽：如何判断数值敏感性。
• 同位素与纳米线：组成、质量方差、直径和方向。
• 寿命与平均自由程：独立重建热导及累积贡献。
• 谐波与Wigner输出：不提供FC3能做什么，coherence文件怎样相加。

本专题实际运行上述25个小型条件。QE格式、极性修正和其他材料要另配输入，不能把硅的CONTROL换个元素名就用于任意体系。版本背景及完整手册见官方文档。

资料包与运行入口#

下载力常数、25组完整输入、实际输出及全部分析画图脚本。解压后先检查输入、重画随包参考：

bash check-inputs.sh
bash analyze.sh

完整重新计算25组BTE后处理，在新解压目录提交：

sbatch run.slurm

只算一个q=6、300K RTA条件用 sbatch single.slurm，可编辑其中的条件名。模板遵守CPU分区整节点56核申请规则；这些小例实际使用1个MPI进程、1个计算线程，旨在学习输入和物理结果。大体系需要另按规模调整并行设置，不能用这些小例作性能推荐。

已经获得CPU计算资源时，可以直接调用 bash run.sh 条件名；不要把普通登录节点当计算节点。整套完成后：

bash analyze.sh work

图片在 work/figures/，数值摘要在 work/analysis/RESULTS.json。单例可直接看其 BTE.* 文件，统一分析需要25组完整结果。脚本不会覆盖已有work目录，重新计算请重新解压。

环境：ShengBTE2.1.0，GCC/GFortran13.3、Open MPI5.0.10、MKL2024.2 GF_LP64 sequential，模块 shengbte/2.1.0-8173m；此构建需要AVX-512 CPU，不能直接放到P100主机的旧CPU上运行。输入检查使用hiPhive1.5和Phonopy4.8.3，脚本分别加载对应环境，无需把所有依赖混装进同一Python。

力常数来自本集群已有的真实ABACUS Si16位移计算，本批只重新求解和分析BTE，没有新做DFT。三阶模型范围3Å，电子参数、超胞和q网格仍有有限性；本专题是操作与数值检查参考，不将结果当作收敛的硅材料热导率或CPU性能数据。

Phono3py热输运与频率分辨实例#

Phono3py专题提供真实Si16位移、ABACUS力收集、FC2/FC3、RTA/LBTE、同位素/边界、谱函数和累计热导的完整终端操作。28个短条件、13个配套工具命令与10张结构/数据图可复现；同一批有限力常数模型的网格/展宽差异保留，不作为收敛材料热导率。