VASP 晶体声子与热容计算
用硅的有限位移实算，串起超胞、原子力、声子色散、态密度和热容。
阅读本篇目录
判断结构是否具有动力学稳定性，或计算振动热容，可以从晶体声子开始。VASP负责位移后的原子力，Phonopy把这些力转成力常数和声子性质。
1. 先准备什么#
先把原胞的晶胞和原子优化好，再生成超胞。本例金刚石硅原胞2个原子，2×2×2超胞16个原子；位移幅度0.02 Å，超胞k网格4×4×4。资料包中的正负位移目录已经生成，可直接查看结构差异。
原胞k网格与超胞k网格不能机械照搬。例如扩大实空间超胞后，应按倒空间采样密度调整网格。超胞尺寸决定可以描述的实空间力常数范围，k网格负责电子积分，两者不是同一项收敛参数。
2. 从位移到图的顺序#
- 用优化后的原胞生成位移超胞，保留位移顺序及
phonopy_disp.yaml。 - 每个位移结构分别准备INCAR、KPOINTS和同一套POTCAR。设置
NSW=0、IBRION=-1、LREAL=.FALSE.，不要再优化位移结构。 - 在各目录提交
sbatch run.sh，检查每次电子迭代收敛。 - 按生成顺序提取vasprun.xml中的力，生成FORCE_SETS或载入Phonopy；本例移除微小平均力漂移并对称化力常数。
- 先看声子色散，再用q网格求声子态密度与热力学。本例热力学采用16×16×16 Gamma中心网格，排除Gamma处三个近零声学平移模式对有限网格自由能的不合理贡献。
- 保存色散图、态密度、频率表与thermal_properties.yaml；它们各有不同用途。
常用的力提取形式如下；文件顺序必须与位移顺序相同：
module load phonopy/4.8.3
phonopy -f disp-001/vasprun.xml disp-002/vasprun.xml
本资料包实际目录以 si-phonon-v100- 开头；使用命令时替换为自己的目录名。不要把其他体积或不同原子排序的vasprun混进来。
3. 硅的实际结果#
本例没有显著负频率；约10⁻⁷ THz的零附近数值属于平移零模的浮点残差。原胞有2个原子，所以有6条声子分支：3条声学、3条光学。热容按“每摩尔2Si原胞”计，不能直接当作每摩尔Si原子的热容。
| T / K | Cv / J mol⁻¹ K⁻¹ |
|---|---|
| 100 | 15.8158 |
| 300 | 39.8785 |
| 500 | 45.7955 |
| 800 | 48.2095 |
4. 有虚频时怎么判断#
先看虚频对应的振动模式，再检查结构残余力、电子收敛、超胞尺寸和k网格。不能直接把所有负频率取绝对值。二维体系的ZA弯曲支在Gamma附近尤其敏感，还要考虑真空、转动不变性与长波误差。
本页得到的是谐近似声子与定容热容Cv。声子寿命、线宽和晶格热导需要三阶或更高阶相互作用，继续看非谐声子与热导。本例16原子超胞用于流程参考，不代表所有材料都能用这个尺寸得到收敛结果。
方法参考：VASP振动计算设置、Phonopy官方流程。
计算环境与资料下载#
本页数据来自鸢算科技集群实际计算。VASP 6.6.1 GPU版采用 NVHPC 25.3、CUDA 12.8、HPC-X 2.22.1 与 MKL 2023.2；PBE、PAW PBE 版本64、ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6。需要优化的自由原子采用0.02 eV/Å；静态位移点、外加应变点和动力学轨迹不按结构优化阈值判断。
下载输入、分析脚本和实算数据（ZIP） · 下载结果表（CSV）
解压后先读 README，选择本文对应目录，按POSCAR元素顺序准备本人有权使用的POTCAR，再运行 sbatch run.sh。POTCAR、WAVECAR及电荷密度大文件不随资料包分发。各目录的原始输入和实际结果表用于复现；更换体系后应重新提取自己的结果。