VASP+Phonopy计算声子谱

在第一性原理计算过程中，研究体系的稳定性是经常遇到的一个问题，我们可以从很多方面来解释，其中可以使用声子谱研究体系的动力学稳定性。

在固体理论中，声子是晶格振动的简正模能量量子，声子用来描述晶格的简谐振动。在量子力学中，固体内存在原子核之间的相互作用、电子间的相互作用还有原子核与电子间的相互作用。其中，电子的运动规律用密度泛函理论得到，而原子核的运动规律则用声子来描述。

目前，声子谱是研究材料热力学性质的一个很好的切入点，对于三维块体材料，声子谱分光学波（高）和声学波频率（低），当声子谱全部在0点以上，说明材料没有出现虚频，也就是说材料是相对稳定存在的。

那么，如何计算声子谱是我们关注的重点。目前计算声子谱的方法有两种，分别是直接法即有限位移法和密度泛函微扰理论。

1.有限位移法，或称Finite displacement方法

通过在优化后的平衡结构中引入原子位移，计算作用在原子上的Hellmann-Feynman力，进而由动力学矩阵算出声子色散曲线。

2.密度泛函微扰理论

密度泛函微扰理论或称DFPT，通过计算系统能量对外场微扰的响应来求出晶格动力学性质，直接计算出原子的移动而导致的势场变化，再进一步构造出动力学矩阵，进而算出声子谱。

这两种方法的计算方式略有不同，今天我们简单描述通过VASP运用有限位移法怎么计算声子谱，以SiO2-HP为例，详细参考官网（VASP & phonopy calculation — Phonopy v.2.12.0），具体操作如下：

1.1 结构优化

第一步需要用高精度优化结构，优化完之后将CONTCAR复制为POSCAR进行下一步操作。

cp CONTCAR POSCAR
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1.2 扩胞

利用Phonopy软件对高精度优化之后的结构进行扩胞。

phonopy -d --dim="4 4 1"  # 按照自己的要求扩胞
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1.3 重命名

将执行上述 命令扩胞后生成的文件进行重命名。

mv POSCAR POSCAR-unitcell
mv SPOSCAR POSCAR
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1.4 修改INCAR

对INCAR进行以下设置，提交任务计算力学Hessian矩阵。

IBRION = 8 
NSW = 1 
IALGO = 38 
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1.5 构造力学文件FORCE_CONSTRAINS

计算完成后执行以下命令，根据VASP计算的vasprun.xml文件来生成计算声子谱所需的力学文件FORCE_CONSTRAINS。

phonopy --fc vasprun.xml
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1.6 编辑band.conf文件

编辑band.conf文件（若没有改文件，则新建一个），该文件给出了高对称点路径的信息。

ATOM_NAME = In Se
DIM = 4 4 1
BAND = 0.5 0.0 0.0   0.0 0.0 0.0    0.5 0.0 0.0
FORCE_CONSTANTS = READ
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1.7 生成band.yaml文件

执行以下命令来生成band.yaml文件

phonopy --dim="5 5 1" -c POSCAR-unitcell -p -s band.conf
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命令正确执行后会生成phonopy.yaml、band.yaml和band.pdf文件

1.8 声子谱数据文件PBAND.dat

执行以下命令得到声子谱数据文件PBAND.dat。

phonopy-bandplot --gnuplot > PBAND.dat   # 可导入Origin画图
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新型网状β-EuSn2As2高压晶体结构及其两步重构相变机制