VTST：准备并运行instanton路径

当研究低温核量子隧穿时，instanton方法把虚时间路径表示为一串由弹簧连接的结构。它与普通NEB的势能最小路径有区别：温度会参与弹簧项，最终寻找的是有效作用量相关的驻点路径。

本例固定NH₃的三个H原子，允许N原子的x、y、z方向移动，初始N路径主要沿H平面的法向z方向。真空晶胞10Å，温度120K；计算4个半路径结构，程序镜像生成8个完整路径珠子。它适合学习输入和结果读取，不作为自由气相NH₃定量隧穿速率。

1. 先看结构与现成结果#

下载完整输入、实际输出与读取绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd vtst-instanton-path
bash read.sh
bash plot.sh
ls analysis-read figures

默认读取随包结果，不会重新执行VASP。读取依赖ASE、NumPy，绘图依赖Matplotlib。

本例使用 vasp/6.6.1-8173m-vtst 中的CPU程序，Intel oneAPI构建环境。必须使用编入VTST instanton功能的版本，普通未扩展的VASP不能仅靠添加 ICHAIN 实现该功能。

2. 理解目录与原子约束#

find inputs -maxdepth 2 -type f | sort
cat inputs/01/POSCAR
cat inputs/KPOINTS

第一个半路径结构完整内容：

H  N 
 1.0000000000000000
    10.0000000000000000    0.0000000000000000    0.0000000000000000
     0.0000000000000000   10.0000000000000000    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    0.0000000000000000   10.0000000000000000
 H   N  
   3   1
Selective dynamics
Cartesian
  5.9397308802582085  5.0000000000000000  5.0000000000000000   F   F   F
  4.5301345598708957  5.8138308150243212  5.0000000000000000   F   F   F
  4.5301345598708957  4.1861691849756797  5.0000000000000000   F   F   F
  5.0000000000000000  5.0000000000000000  5.1446480131023939   T   T   T

前三行原子的 F F F 固定H位置；最后N原子的 T T T 允许三个方向移动。不要把“N的初始坐标只在z方向变化”理解成“只允许N沿z移动”。

目录 01—04 是4个参与计算的半路径结构。00、05 供该版本多图像输入检查使用，本例分别复制最近的半路径结构；它们不会增加到计算图像数中，也不是NEB的两个能量端点。完整8珠子顺序为：

01 02 03 04 04 03 02 01

所有图像须使用相同晶胞、元素顺序、原子数、约束和POTCAR。每个计算图像还带有 MODECAR，本版本按完整珠子数读取初始搜索方向，不要用普通单结构的4行MODECAR直接替换。

3. 设置INCAR与KPOINTS#

cat inputs/INCAR

SYSTEM=NH3 fixed-H constrained N inversion ring-polymer teaching case
ENCUT=400
PREC=Accurate
EDIFF=1e-6
EDIFFG=-0.02
ISPIN=1
ISYM=0
ISMEAR=0
SIGMA=0.05
NELM=160
ALGO=Normal
LREAL=.FALSE.
LASPH=.TRUE.
IBRION=3
POTIM=0
NSW=80
ISIF=2
ICHAIN=4
IMAGES=4
IOPT=0
NCORE=1
LWAVE=.FALSE.
LCHARG=.FALSE.
Qltol=0.01
QdR=0.005
Qmaxmove=0.02
Qdt=0.05
Qnl=4
Qifcg=.TRUE.
Qtpz=120
Qdo_ins=.TRUE.
Qdo_pre=.FALSE.
Qftol=0.02

ICHAIN=4 选择instanton；IMAGES=4 是半路径计算图像数；Qtpz=120 是温度K。Qftol=0.02 用于路径力分量，EDIFF=1E-6 用于每次电子自洽，两者检查不同的收敛过程。POTIM=0 配合该路径驱动，并不表示计算了普通分子动力学时间步。

QdR 是Lanczos等步骤的有限位移尺度；本例为0.005Å。Qdo_ins=.TRUE. 搜索路径，Qdo_pre=.FALSE. 不计算前因子。Qnl 控制Lanczos矩阵规模，不能理解为珠子数。

KPOINTS使用真空分子的Γ点：

Gamma molecular cell
0
Gamma
1 1 1
0 0 0

4. 准备自己的计算目录并提交#

仍在资料包根目录：

python3 prepare.py
# 按POSCAR元素顺序，使用自己有权使用的H和N势文件
cat /你的势目录/H/POTCAR /你的势目录/N/POTCAR > work-new/POTCAR
cd work-new
sbatch ../submit.sh
squeue -u "$USER"
tail -f native.log

资料包不附带受许可约束的POTCAR。提交脚本按4个MPI进程×每进程14个CPU申请本站56核整节点；本例每进程只用1个计算线程，每个计算图像对应1个MPI进程；若增加进程数，应保持能被4整除，并检查所用VASP构建支持的并行方式。

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=NH3-instanton
#SBATCH --partition=cpu-8173m
#SBATCH --nodes=1
#SBATCH --ntasks=4
#SBATCH --cpus-per-task=14
#SBATCH --time=00:20:00
#SBATCH --output=slurm-%j.out
set -eo pipefail
module purge
module load vasp/6.6.1-8173m-vtst
export OMP_NUM_THREADS=1 MKL_NUM_THREADS=1 OPENBLAS_NUM_THREADS=1
[[ -s POTCAR ]] || { echo 'Place the H then N POTCAR in this working directory'; exit 1; }
python3 - <<'PYCODE'
from pathlib import Path
import os,json,subprocess,time
args=['mpirun','-np',os.environ['SLURM_NTASKS'],'vasp_std']
started=time.monotonic()
with Path('native.log').open('x')as log:
    completed=subprocess.run(args,stdout=log,stderr=subprocess.STDOUT)
Path('EXECUTION.json').write_text(json.dumps(dict(args=args,UID=os.getuid(),returncode=completed.returncode,seconds=time.monotonic()-started))+'\n')
raise SystemExit(completed.returncode)
PYCODE

计算完成回到资料包目录：

cd ..
bash read.sh work-new
bash plot.sh

CSV输出到 analysis-read，图输出到 figures。接着阅读instanton结果与初始路径，确认路径含义，再把它改用于自己的体系。