【VASP】计算声子谱详细步骤！

声子谱是描述晶体中晶格振动模式（声子）的频谱分布，反映了不同波矢（q）对应的振动频率。声子是晶格振动的量子化表现形式，其能量和动量关系通过声子谱直观呈现，与材料的热力学性质（如热容、热导率）和动力学行为（如相变、稳定性）密切相关。

Phonopy是目前计算声子谱的主流工具，通过过超胞有限位移法或密度泛函微扰理论（DFPT）计算力常数，支持一次性移动多个原子方向，显著减少了计算量，并与第一性原理软件（如VASP、QuantumESPRESSO）无缝对接，可直接读取输出文件（如vasprun.xml）生成力常数，以下是详细的操作步骤。

一、密度泛函微扰理论/线性响应方法 (DFPT)

必要的输入文件：

INCAR

KPOINTS

POSCAR-unitcell # 优化得到的初始晶胞

POTCAR

band.conf

1.扩胞得到计算所需的POSCAR

#在Linux终端直接运行命令
#1. 生成超胞
phonopy -d –dim=”2 2 2″ -c POSCAR-unitcell #–dim=’2 2 2’表示’x y z’方扩的大小

#2. 将生成的SPOSCAR拷贝成POSCARcp SPOSCAR POSCAR

2.提交VASP计算

INCAR设置如下：

ISMEAR = 0 (Gaussian smearing)
SIGMA = 0.05 (Smearing value in eV)
IBRION = 8 (determines the Hessian matrix using DFPT)
EDIFF = 1E-08 (SCF energy convergence; in eV)
PREC = Accurate (Precision level)
ENCUT = 500 (Cut-off energy for plane wave basis set, in eV)
IALGO = 38 (Davidson block iteration scheme)
LREAL = .FALSE. (Projection operators: false)
LWAVE = .FLASE. (Write WAVECAR or not)
LCHARG = .FLASE. (Write CHGCAR or not)
ADDGRID= .TRUE. (Increase grid; helps GGA convergence)
NSW = 1
NELM = 100
NELMDL = -5

KPOINTS需适当减小，可以的话最好再进行一次收敛测试；

A
0
M
3 3 3
0 0 0

提交VASP计算

mpirun -np 16 vasp_std > vasp.log

3.计算声子谱

准备band.conf文件，如下所示：(参数含义详见phonopy官网)

ATOM_NAME =Si
DIM = 2 2 2
PRIMITIVE_AXES=Auto
MP = 24 24 24
BAND =0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.5 0.625 0.25 0.625, 0.375 0.375 0.75 00 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5
BAND_POINTS = 101
FORCE_CONSTANTS= READ

获取声子谱后处理步骤；

#直接在终端运行
#1. 提取力常数，得到FORCE_CONSTANTS文件。
phonopy –fc vasprun.xml

#2. 计算声子谱并保存为pdf格式
phonopy -c POSCAR-unitcell band.conf -p -s

#3. 将声子谱进一步输出为数据文件，用于其它软件画图。

#旧版本phonopy
bandplot –gnuplot> phonon.out
#新版本phonopy
phonopy-bandplot –gnuplot > phonon.out
#phonon.out文件中首行是高对称点在x轴上的坐标

二、有限位移方法

必要的输入文件：

INCAR

KPOINTS

POSCAR-unitcell # 优化得到的初始晶胞

POTCAR

band.conf

1. 扩胞得到计算所需的POSCAR

#在Linux终端直接运行命令
#1. 生成超胞
phonopy -d –dim=”2 2 2″ -c POSCAR-unitcell #–dim=’2 2 2’表示’x y z’扩胞的大小#会得到一系列POSCAR-001，POSCAR-002,… 数量由对称性决定。
#2. 建立disp-*文件夹，具体数量以生成POSCAR-*的数量决定。将POSCAR-POTCAR, INCAR, KPOINTS放入disp-*文件夹
mkdir disp-001
cp POSCAR-001 ./disp-001/POSCAR
cp POTCAR ./disp-001/POTCAR
cp INCAR ./disp-001/INCAR
cp KPOINTS ./disp-001/KPOINTS

2. 提交VASP计算

INCAR设置如下(静态计算)：

PREC = Accurate
IBRION = -1
ENCUT = 500
EDIFF = 1.0e-08
EDIFFG = -0.001
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.05
ALGO = 38
LREAL = .FALSE.
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.

KPOINTS需适当减小，可以的话最好再进行一次收敛测试

A
0
M
3 3 3
0 0 0

提交VASP计算

mpirun -np 16 vasp_std > vasp.log

3.计算声子谱

准备band.conf文件，如下所示：(参数含义详见phonopy官网)

ATOM_NAME =Si
DIM = 2 2 2
PRIMITIVE_AXES=Auto
MP = 24 24 24
BAND =0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.5 0.625 0.25 0.625, 0.375 0.375 0.75 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5
BAND_POINTS = 101
FULL_FORCE_CONSTANTS = .TRUE.
FORCE_CONSTANTS= WRITE #生成FORCE_CONSTANTS

准备mesh.conf文件，如下所示：

ATOM_NAME = Si
DIM = 2 2 2
MP = 24 24 24

获取声子谱后处理步骤

bash

#直接在终端运行
#1. 提取动力学矩阵，进入disp-*的上一级文件夹
phonopy -f ./disp-*/vasprun.xml #会生成FORCE_SET

#2. 计算声子谱并保存为pdf格式,同时生成FORCE_CONSTANTS
phonopy -c POSCAR-unitcell band.conf -p -s

#3. 将声子谱进一步输出为数据文件，用于其它软件画图。
#旧版本phonopy
bandplot –gnuplot> phonon.out
#新版本phonopy
phonopy-bandplot –gnuplot > phonon.out
#phonon.out文件中首行是高对称点在x轴上的坐标

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