4.3.3 Complex structures with inter

4.3.3 Complex structures with internal degrees of freedom
A unit cell has six degrees of freedom: the lengths of each unit cell vector, and the angle between each
vector. There may additionally be internal degrees of freedom for the atoms. It is impractical to try the
approach used for the hcp Ru on anything complicated. Instead, we rely again on algorithms to optimize
the unit cell shape, volume and internal degrees of freedom. It is usually not efficient to make a wild
guess of the geometry and then turn VASP loose on to optimize it. Instead, the following algorithm
works pretty well.
1. Find the volume (at constant shape, with relaxed ions) that minimizes the total energy (ISIF=2).
The goal here is to just get an idea of where the right volume is.
2. Using the results from step 1 as a starting point, perform a set of calculations at constant volume
around the minimum from step 1, but the shape and internal atom positions are allowed to change
(ISIF=4).
3. Finally, do a final calculation near the minimum energy allowing the volume to also change.
(ISIF=3).
This multistep process is pretty reasonable to get a converged structure pretty quickly. It is not
foolproof, however, and if you have materials such as graphite it may not work well. The problem with
graphite is that it is a layered compound that is held together by weak van der waal type forces which
are not modeled well by typical GGA functionals. Thus the change in energy due to a volume change is
larger in the plane of the graphite sheet than in the direction normal to the sheet. With a typical GGA,
the sheets may just move apart until they do not interact any more.
We will illustrate the process on a well-behaved system (rutile TiO2) which has two lattice parameters and one internal degree of freedom. There are a few subtle points to mention in doing these
calculations. The VASP manual recommends that you set PREC to ’high’, and that ENCUT be set to
101
1.3*max(ENMAX) of the pseudopotentials. This is necessary to avoid problems caused by small basis
sets when the volume changes, and Pulay stress. It is important to ensure that the energies are reasonably converged with respect to k-point grids. Hence, it can be a significant amount of work to do this
right! Let us start with determining the ENCUT value that is appropriate for TiO2.

Kết quả (Việt) 1:

4.3.3 các cấu trúc phức tạp với nội bộ bậc tự doMột tế bào đơn vị có sáu bậc tự do: độ dài của mỗi đơn vị di động vector, và góc giữa mỗivector. Ngoài ra có thể là bậc tự do nội bộ cho các nguyên tử. Nó là không thực tế để thử cácphương pháp tiếp cận sử dụng cho hcp Ru trên bất cứ điều gì phức tạp. Thay vào đó, chúng tôi dựa một lần nữa vào các thuật toán để tối ưu hóaCác đơn vị di động hình dạng, khối lượng và nội bộ bậc tự do. Đó là thường không hiệu quả để làm cho một hoang dãđoán của hình học và sau đó biến VASP mất ngày để tối ưu hóa nó. Thay vào đó, các thuật toánhoạt động khá tốt.1. tìm khối lượng (ở hình dạng liên tục, với thoải mái ion) mà giảm thiểu năng lượng toàn phần (ISIF = 2).Mục tiêu ở đây là chỉ có được một ý tưởng về khối lượng phải ở đâu.2. sử dụng các kết quả từ bước 1 như là một điểm khởi đầu, thực hiện một tập hợp các tính toán tại khối lượng liên tụcQuanh tối thiểu từ bước 1, nhưng hình dạng và nguyên tử bên trong vị trí được phép thay đổi(ISIF = 4).3. cuối cùng, làm một phép tính cuối cùng gần năng lượng tối thiểu cho phép âm lượng cũng thay đổi.(ISIF = 3).Quá trình multistep này là khá hợp lý để có được một cấu trúc hội tụ khá nhanh chóng. Nó không phải làcao độ, Tuy nhiên, và nếu bạn có tài liệu như than chì nó có thể không làm việc tốt. Vấn đề vớithan chì là nó là một hợp chất lớp được tổ chức với nhau bởi yếu van der waal loại lực lượng màkhông phải mô hình tốt bởi điển hình GGA functionals. Do đó là sự thay đổi trong năng lượng do một sự thay đổi khối lượnglớn hơn trong mặt phẳng của tấm than chì hơn theo hướng bình thường cho bảng. Với một GGA điển hình,Các tấm có thể chỉ cần di chuyển ra xa nhau cho đến khi họ không tương tác bất kỳ chi tiết.Chúng tôi sẽ minh họa cho quá trình trên một hệ thống giáo dục (rutil TiO2) mà có hai tham số lưới và một mức độ nội bộ của tự do. Có một vài điểm tinh tế để đề cập đến trong khi làm điều nàytính toán. Hướng dẫn sử dụng VASP khuyến cáo rằng bạn đặt khả thành 'cao', và ENCUT được thiết lập để1011.3*Max(ENMAX) của các pseudopotentials. Điều này là cần thiết để tránh vấn đề gây ra bởi cơ sở nhỏbộ khi khối lượng thay đổi, và căng thẳng Pulay. Nó là quan trọng để đảm bảo rằng các nguồn năng lượng hợp lý hội tụ đối với k-điểm lưới. Do đó, nó có thể là một số lượng đáng kể công việc để làm điều nàyphải! Chúng ta hãy bắt đầu với việc xác định giá trị ENCUT là thích hợp cho TiO2.

Kết quả (Việt) 2:

4.3.3 cấu trúc phức tạp với độ nội bộ của tự do
Một tế bào đơn vị có sáu bậc tự do: độ dài của mỗi vector đơn vị tế bào, và góc giữa mỗi
vector. Có thể có thêm độ nội bộ của tự do cho các nguyên tử. Nó là không thực tế để thử các
phương pháp được sử dụng cho các hcp Ru trên bất cứ điều gì phức tạp. Thay vào đó, chúng tôi dựa trên một lần nữa các thuật toán để tối ưu hóa
các hình dạng tế bào đơn vị, khối lượng và mức độ nội bộ của tự do. Nó thường là không hiệu quả để thực hiện một hoang dã
đoán của hình học và sau đó biến mất trên VASP để tối ưu hóa nó. Thay vào đó, các thuật toán sau đây
hoạt động khá tốt.
1. Tìm khối lượng (ở dạng không đổi, với các ion thoải mái), giảm thiểu năng lượng tổng (ISIF = 2).
Mục tiêu ở đây là để chỉ nhận được một ý tưởng về nơi âm lượng đúng.
2. Sử dụng các kết quả ở bước 1 như là một điểm khởi đầu, thực hiện một tập hợp các tính toán ở thể tích không đổi
xung quanh tối thiểu từ bước 1, nhưng hình dạng và vị trí nguyên tử nội bộ được phép thay đổi
(ISIF = 4).
3. Cuối cùng, làm một tính toán cuối cùng gần năng lượng tối thiểu cho phép khối lượng cũng thay đổi.
(ISIF = 3).
quá trình nhiều bước này là khá hợp lý để có được một cấu trúc hội tụ khá nhanh chóng. Nó không phải là
đơn giản, tuy nhiên, và nếu bạn có tài liệu như than chì nó có thể không làm việc tốt. Các vấn đề với
graphite là nó là một hợp chất phân lớp được tổ chức với nhau bằng van der Waal lực loại yếu mà
không được mô hình hóa cũng bởi functionals GGA điển hình. Do đó, sự thay đổi trong năng lượng do sự thay đổi khối lượng là
trong mặt phẳng của tấm chì lớn hơn theo hướng vuông góc với tờ. Với một GGA điển hình,
các tờ chỉ có thể di chuyển ngoài cho đến khi chúng không tương tác nữa.
Chúng tôi sẽ minh họa quá trình trên một hệ thống xử lý tốt (rutil TiO2) trong đó có hai thông số mạng và một mức độ nội bộ của tự do. Có một vài điểm tinh tế để đề cập đến khi tiến hành những
tính toán. Hướng dẫn VASP khuyên bạn nên thiết lập Prec để 'cao', và ENCUT đó được thiết lập để
101
* 1,3 max (ENMAX) của pseudopotentials. Điều này là cần thiết để tránh những vấn đề gây ra bởi cơ sở nhỏ
bộ khi thay đổi khối lượng, và Pulay stress. Điều quan trọng là để đảm bảo rằng các nguồn năng lượng đang tụ hợp lý đối với k-point lưới. Do đó, nó có thể là một khối lượng công việc để làm điều này
ngay! Chúng ta hãy bắt đầu với việc xác định giá trị ENCUT đó là thích hợp cho TiO2.