第一性原理平面波密度泛函計算軟件DS-PAW是Device Studio平臺下的一款使用C++開發(fā)的國產(chǎn)第一性原理密度泛函計算軟件，使用平面波作為基函數(shù)組，其贗勢是使用投影綴加平面波方法構(gòu)造的。

DS-PAW能夠應(yīng)用于不同場景，例如金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、表面、磁性、非磁性和鋰電等；能夠精確預(yù)測材料的電子分布；能夠進行原子幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化；能夠廣泛的應(yīng)用于材料科學(xué)領(lǐng)域。????? ???

本期將給大家介紹DS-PAW scf自洽計算的內(nèi)容。

自洽計算能夠得到特定晶體的電荷密度和波函數(shù)，有了電荷密度之后才能有計算該體系的能帶、態(tài)密度等電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。特別需要注意是：自洽與能帶、態(tài)密度等電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)計算是有先后順序的，必須先進行自洽計算得到電荷密度才能進一步計算能帶、態(tài)密度等電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

2.2.1.??原子自洽計算之準備輸入文件

輸入文件包含參數(shù)文件scf.in和結(jié)構(gòu)文件structure.as，scf.in如下：

scf.in輸入?yún)?shù)介紹：

可以看到scf.in的輸入文件中很多參數(shù)與結(jié)構(gòu)弛豫的參數(shù)名是一致的，其設(shè)置方法也是一致的，這里只著重介紹一些前面沒設(shè)置過或設(shè)置有些不同的參數(shù)：

task：本次計算為scf自洽計算，因此將task設(shè)置為scf；

cal.cutoffFactor：表示截斷能參數(shù)cal.cutoff的系數(shù)，在DS-PAW程序中，如果cal.cutoff參數(shù)缺失，程序?qū)⒏鶕?jù)元素的截斷能設(shè)置默認的平面波截斷，cal.cutoffFactor參數(shù)就是在cal.cutoff上設(shè)置乘以一個系數(shù)；

io.charge：當io.charge設(shè)置為true時，表示計算完成之后輸出電荷密度的二進制文件rho.bin和json文件rho.json，二進制rho.bin文件用于后續(xù)的后處理計算，例如能帶、態(tài)密度等，rho.json文件用于顯示；

io.wave：當io.wave設(shè)置為true時，表示計算完成之后輸出波函數(shù)的二進制文件wave.bin，用戶可以在后續(xù)的后處理計算中選擇是否使用wave.bin開始計算；

structure.as文件參考如下：

由于本案例為自洽計算只是為了計算得到特定體系的電子結(jié)構(gòu)，因此不需要手動改變原子位置；

注解

io類參數(shù)只在結(jié)構(gòu)弛豫和自洽中起作用，例如io.charge在其他計算情況下將不會生成rho.bin或rho.json文件；

在結(jié)構(gòu)弛豫和自洽中，還能夠保存elf、potential的數(shù)據(jù)，只需要將io.elf和io.potential設(shè)置為true即可；

如果用戶想要使用自己優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，只需在計算中將sys.structure參數(shù)指定絕對路徑或相對路徑下的relax.json，也可以將relax.json文件復(fù)制到本次計算的目錄中，設(shè)置sys.structure=./relax.json即可；

帶自旋體系的計算案例詳解第二章的NiO案例。

計算時如需給體系添加背景電荷，可直接設(shè)置sys.electron參數(shù)，該參數(shù)指定價電子的總數(shù)。

2.2.2.run程序運行

準備好輸入文件scf.in和structure.as后，將文件上傳到服務(wù)器上運行，按照結(jié)構(gòu)弛豫中介紹的方法執(zhí)行DS-PAW scf.in。

2.2.3.analysis計算結(jié)果分析

根據(jù)上述的輸入文件，計算完成之后將會得到DS-PAW.log、system.json、rho.bin、rho.json、wave.bin這5個文件。

rho.bin：電荷密度的二進制文件，用于后續(xù)的后處理計算；

rho.json：電荷密度的json格式文件，用來顯示電荷密度的結(jié)果；

wave.bin：波函數(shù)的二進制文件，用于后續(xù)計算；

使用Device Studio可直接對rho.json文件處理出圖，其操作步驟為：Simulator-->DS-PAW-->Analysis Plot，選擇rho.json即可，可根據(jù)作圖要求自定義設(shè)置面板參數(shù)，處理可得一維、二維、三維電荷密度圖，其中三維圖如下所示：

另可使用python腳本將rho.json格式的轉(zhuǎn)化成VESTA軟件支持的格式，具體操作見輔助工具使用教程部分。

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