thirdorder 接入ShengBTE热导率
把实际Si二三阶力常数与CONTROL连起来,比较温度、同位素、RTA和GMRES并读取结果。
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完成原子力和力常数后,ShengBTE求解声子热输运。二阶常数决定谐波频率和群速度,三阶常数进入三声子散射;CONTROL指定结构、采样和计算条件。
下载完整Si实例包。在新目录解压后操作;包内有真实VASP输入和原始力输出、位移映射、三阶/二阶力常数、ShengBTE结果、CSV和高清图,不含POTCAR。
1. 从前一步接着运行#
bash transport.sh
ls workflow/transport
请先在同一新目录完成 prepare.sh与 reap.sh。热输运入口采用ShengBTE2.1.0的匹配Open MPI环境,单进程、单线程运行这10个小条件。
2. 一份完整CONTROL#
Si54、4 Å三阶截断、6³ q网格、300 K的实际设置:
&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(:)=3 3 3
&end
¶meters
T=300., scalebroad=1.0, maxiter=1000, eps=1e-7, nticks=60
&end
&flags
nonanalytic=.FALSE., convergence=.FALSE.,
improved_iteration=.TRUE., isotopes=.TRUE.,
autoisotopes=.TRUE., nanowires=.FALSE., onlyharmonic=.FALSE.,
nthreads=1
&end
lfactor=0.543单位nm,对应5.43 Å常规立方晶格;lattvec是其一半的FCC原胞基矢。natoms=2表示原胞原子数,scell=3 3 3对应54原子二阶力常数超胞,不能把54填成原胞原子数。
将三份输入放在同一个任务目录:
CONTROL
FORCE_CONSTANTS_2ND
FORCE_CONSTANTS_3RD
取得合适CPU计算资源后,底层命令为:
module purge
module load shengbte/2.1.0
export OMP_NUM_THREADS=1
mpirun -np 1 ShengBTE
GPU负责本例前面的VASP求力,不代表ShengBTE阶段也在使用GPU。
3. 读取实际结果#
cat workflow/transport/si54-c0p40nm-q6-T300-rta/T300K/BTE.kappa_scalar
head workflow/transport/si54-c0p40nm-q6-T300-rta/BTE.KappaTensorVsT_RTA
bash analyze.sh work
BTE.kappa_scalar保存较高精度的平均热导率;张量温度汇总文件的打印有效位数较少,末位差异应按输出精度解释。数据列不是要再乘任意寿命或体积的“未归一化热流”。
Si54/4 Å/6³的实际对照:
| 温度 / K | 求解 | 同位素 | 热导率 / W·m⁻¹·K⁻¹ |
|---|---|---|---|
| 300 | RTA | 自然同位素 | 74.608906 |
| 100 | RTA | 自然同位素 | 305.255049 |
| 600 | RTA | 自然同位素 | 36.332924 |
| 300 | GMRES | 自然同位素 | 75.505766 |
| 300 | RTA | 关闭 | 81.196199 |

RTA与GMRES的差别来自求解近似;关闭同位素散射改变散射模型。不要把这些差异当作GPU或MPI加速比。
4. 模态与累积热导率#
head analysis/thermal-summary.csv
ls analysis/*-modes.npz
配套脚本以全q网格群速度、模态热容和总散射率重新积分RTA,并导出按平均自由程累积的贡献。

对于这一RTA定义,寿命由总散射率取倒数。平均自由程使用群速度与该寿命;迭代BTE的有效响应不能一概解释为相同的独立模态寿命。
5. 张量方向和科学范围#
ShengBTE对最终Cartesian张量施加晶体点群对称化。本例的独立重构也使用实际48个点群旋转,而不是把尚未对称平均的辅助全网格张量直接当作材料各向异性。
本例没有获得q网格、超胞和三阶范围的最终收敛结果,也没有包括四声子或电子热导。更多CONTROL功能见ShengBTE专题。