thirdorder专题

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。

更新于 2026-10-30约 4 分钟阅读按任务与环境选择适用配置
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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
&parameters
 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

温度、求解器与同位素条件

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。

平均自由程累积与实际SCF迭代

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。

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