VASP 力学与有限温度操作导航
按弹性、加载、滑移、解理和QHA组织实际教程,讲清固定原子、原子弛豫和晶胞自由度。
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想计算力学性质,先确定你要改变什么、允许什么弛豫,再选择对应输入。小应变弹性、有限应变加载、刚性滑移/解理与有限温度自由能是不同任务;本页把已有实际案例按操作顺序连接起来。
1. 按目标选择#
| 任务 | 实际例子与操作 |
|---|---|
| 三维弹性 | Si固定/弛豫离子张量、单位和方向模量 |
| 二维应变加载 | 石墨烯应变、真空高度和N/m |
| 滑移 | 刚性滑移能及受限自由度 |
| QHA | Si五体积自由能和热膨胀;明确软模/相变边界 |
| 派生力学量 | 固定/弛豫张量的经验硬度比较 |
| 刚性解理 | Si8七个间距、原生DFT、面积/单位/刚性几何核对 |
2. 先分清优化自由度#
| 操作 | 输入上的关键选择 | 检查输出 |
|---|---|---|
| 平衡结构 | 按目标选择ISIF=3等;EDIFF=1E-6,EDIFFG=-0.02 | 原子力及需要优化的应力/晶胞 |
| 弛豫离子弹性 | 施加小应变后固定该晶胞,通常ISIF=2 | 应变仍保留,内部原子已弛豫 |
| 固定离子弹性 | 变形后做固定坐标单点 | 原子与晶胞都未被重新优化 |
| 刚性滑移、刚性解理 | 每点按给定路径改几何后做单点 | 界面位移/间距与内部几何符合约定 |
| 指定体积的QHA前置计算 | 保持各体积,按方法处理形状与内部原子 | 各体积没有优化回同一个平衡体积 |
对任意自己的计算目录,可先用终端核对设置:
grep -E 'EDIFF|EDIFFG|ISIF|IBRION|NSW' INCAR
head -n 18 POSCAR
cat KPOINTS
结束后读取结构和最后的能量/应力:
head -n 18 CONTCAR
grep 'energy(sigma->0)' OUTCAR | tail -n 1
grep 'in kB' OUTCAR | tail -n 1
VASP应力采用压缩为正,OUTCAR的kB表示kbar,10 kbar=1 GPa。应变—应力拟合若采用拉伸为正,应同时转换符号;工程剪切与张量剪切还差因子2,详见弹性实例。
3. 二维材料保留真空高度信息#
二维晶胞中的三维应力会被真空稀释。面内响应换为N/m时,使用整个垂直晶胞高度,C₂D[N/m]=C₃D[GPa]×Lz[Å]×0.1。本网站石墨烯实例用20 Å高度,所以换算因子为2。
不要把改变真空造成的GPa变化解释成二维材料真的变软。应变后也要保持计划中的横向自由度,固定横向长度的加载不等同于零横向应力的加载。
4. QHA具体先后顺序#
先准备多个体积,再逐体积取得静态E(V)和声子自由能Fvib(V,T),最后对每个温度寻找E+Fvib的体积极小值。QHA实际教程提供Si五体积例子、输出和操作包。
晶格动力学的构造与提取可以配合Phonopy专题。先检查声子稳定性,再进入普通QHA;存在明显软模、扩散或强非谐时,不应继续把它套成普通准谐热膨胀。
5. 相变温度还需要什么#
一个相的QHA曲线能够描述这个近似下的热力学响应,不能单独确定相变温度。结构相变需要在统一参考、组分与压力下比较竞争相自由能;有序—无序等还需要合适的构型统计模型。曲线停止、某次MD结构改变或一个虚频,都不能直接当成已经求得相变温度。
已有ATAT Monte Carlo实操展示统计、重复轨迹与有限尺寸的关系;OpenCalphad相平衡实例展示明确教学模型的相组成计算。其模型参数与温度结果不代表本页Si或真实Cu–Au材料的相变预测。
6. 下载一个最短的完整力学例子#
下载本次Si刚性解理操作包,解压后在 vasp-rigid-cleavage-examples 中先查看参考:
bash results.sh
bash plot.sh
需要亲自计算时按解理教程准备POTCAR,执行 python3 prepare.py,再提交 sbatch job.slurm。其余弹性、二维、滑移与QHA在对应教程下载各自的真实输入,不要把不同例子的KPOINTS、势函数或归一化混在一起。