TDEP声子色散与DOS

本专题用鸢算科技集群实际完成的Si多温度DFT数据，演示TDEP输入准备、二至四阶力常数拟合、声子、自由能和热导。版本为TDEP 25.03，固定提交d38f435，采用ifx/icx 2024.2.1、Intel MPI 2021.13、顺序MKL、FFTW 3.3.11和HDF5 1.14.6；使用 tdep/25.03-8173m CPU模块。前置DFT使用VASP 6.6.1 GPU/HDF5构建，NVHPC 25.3、CUDA 12.8，分别在P100和V100 16G上运行。

下载实际输入、数值、8张图与操作脚本，保存为 tdep-silicon.zip：

python3 -m zipfile -e tdep-silicon.zip .
cd tdep-silicon-practical-wave285
bash preview.sh
ls preview/figures

预览只读 reference/数值，不启动DFT。需要从随包自有数值输入运行原生拟合及后处理时，用下面三个短命令；这也不重跑VASP：

bash prepare.sh
bash calculate.sh
bash extract.sh

原生结果在 work/，提取表格在 results/data/。本包为小型单进程CPU示例；正式大拟合和热导请用Slurm分配CPU资源。VASP程序、POTCAR和原始全文电子输出不随包分发。

1 准备力常数与路径#

module load tdep/25.03-8173m
crystal_structure_info
cat outfile.qpoints_dispersion

结构工具从本例FCC原胞识别默认路径。完整演示目录已包含实际使用的路径输入；本例为Γ–X、X–U、K–Γ、Γ–L，每段20点，共80个q点、每点6条支。

将拟合输出 outfile.forceconstant复制为 infile.forceconstant，并保留匹配原胞、超胞与路径文件。不要把不同原子顺序或不同拟合温度的文件拼在一起。

cp outfile.forceconstant infile.forceconstant
phonon_dispersion_relations -nq 20 --dos -qg 6 6 6 --unit thz
ls outfile.dispersion_relations.hdf5 outfile.phonon_dos.hdf5

2 先确认比较的是同一模型协议#

左图为模型B：300/600 K使用同样的20构型协议、二/三阶5 Å截断，各自通过两套独立力误差检查。Γ点光学频率约为14.950787和14.803597 THz。

这里画的是显式二阶+三阶Taylor模型的二阶块所给出的频率，不能自动把两条曲线的差称为已经收敛的、自洽重整化温移。40 fs采样、有限超胞、体积固定和电子网格都仍影响比较。

右图使用另一份明确标记的模型A：300 K纯MD的30帧、二阶5 Å与三阶4.2 Å拟合，Γ光学频率约14.565238 THz。不要把A和B的差异全部归给温度。

3 提取与画图#

head reference/300K-bands.csv
head reference/600K-bands.csv
bash preview.sh

CSV带出原生路径距离、Cartesian q和6个频率，单位THz。TDEP这里的q坐标是cycles/Å；写相位时仍需2π。路径在U到K处不连续，画图将4段分开，不能用一条竖线把U和K强行连接。

DOS的原胞含2个原子，故总态密度积分应为6个模式。4³、6³、10³数据均保留；只看到一张光滑曲线不等于q网格收敛。

4 原子投影先核对定义#

本版本路径HDF5里的 site_projection_per_mode采用不同于通常 sum(|e_xyz|²)的表达式。配套脚本从已核对的复数本征矢另算通常的原子范数权重，写入CSV的 physical_norm_site1/2，同时保留原生字段为 original_nonstandard_site1/2，不覆盖原数据。

head reference/300K-atomic-weights.csv
head reference/DOS-q10.csv

DOS的原生site投影还对低强度区间设有阈值，可能出现总DOS非零而site列为零。本例4³/6³/10³分别有24/12/2个这样的区间，CSV给出 site_projection_available标记；不要把缺失投影解释成该原子没有振动贡献。

声子频率、DOS与本征矢都应和所用原胞、质量、力常数保持对应。极性材料还涉及Born电荷和介电张量，本例非极性Si没有演示这些条件。