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1、Phonopy 是一个由 python 实现的晶体声子分析程序。它是目前提供了 VASP 的 Wien2k 的接口用来计算原子受力。它的主要功能有：计算声子色散谱；计算声子态密度，包括分立态密度；声子热力学性质，包括自由能，热容量，焓；Phonopy 通过力常数的方法计算声子谱。力常数由计算原子在超晶胞中被移动后的受力得到(Parlinsk-Li-Kawasoe 方法)。同样类型的程序还有 phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商业软件，卖的很贵，fropho 和 phonopy 的代码其实都是来自于 phon, fropho 是为了代替 phon 而开发的，目的是
2、为了使用 phon 更方便，phon 和 fropho 主要都是由 fortran 开发的，而现在 fropho 已经停止开发，由 python 开发的 phonopy 代替了 fropho, phonopy 在使用上更为方便，在计算量上更为减少。因为 phon, fropho 和 phonon 在移动原子位置时都是一次只移动一个原子的一个方向，而 phonopy 则可以一次移动一个原子的多个方向，所以和其它程序相比, phonopy 最多可以减少 2/3 的计算量。Phonopy是使用python以及C等高级语言编写的用于计算声子谱的程序，它可以很方便地在现有的unix或linux操作系统上
3、进行安装。它利用VASP等第一性原理计算程序来计算有限位移下的原子受力，然后利用phonopy程序处理原子受力获得声子谱。Phonopy使用python的matplotlib等工具包来绘图，因此在使用Phonopy绘制声子谱等图形时，要求系统有图形用户界面，对于远程机器，需要安装x-manager来获得虚拟的图形用户界面，方法如下：在自己的pc机安装windows版本的Xmanager（推荐使用Xmanager4或以上版本）。Xmanager安装完成后启动xstart设置，输入登陆主机IP及账号信息，点击run以后会打开一个终端，在这个终端下运行命令即可绘图工作流程Phonopy程序工作流程主
4、要分为前处理、力计算（VASP）或力常数计算（VASP-DFPT计算）、后处理三部分。输入文件参数设定文件Phonopy中，输入参数写在一个文件里，然后通过命令phonopy xxx.conf传输给phonopy程序，该文件名可以是任意的（一般为xxx.conf，便于识别，如绘制声子谱时参数设定文件命名为band.conf，绘制DOS时参数设定文件设定为dos.conf等）。常用参数如下ATOM_NAME 用于设定元素名称，中间用空格隔开，注意顺序与POSCAR中保持一致。示例：ATOM_NAME = Si OEIGENVECTORS逻辑变量，当取值为.TRUE.时，程序将计算所有本征频率对应
5、的本征波矢（可以用来制作动画），当加入选项-p时，还会计算相应的pDOS。MASS用来指定原子的质量（同POSCAR中原子顺序保持一致），一般可以不指定。示例：MASS = 28.085 28.085 16.000 16.000 16.000 16.000DIM用来指定生成超原胞的大小示例：-dim=”m n l”声子谱计算相关参数BANDBAND_POINTS结构文件（POSCAR）在phonopy中，结构文件写成VASP的POSCAR文件的格式，除了旧版本的POSCAR格式外，phonopy还支持VASP 5.X 的POSCAR格式，即在原子数之前增加一行指明元素类型如果改变该文件名，在读
6、取的时候需要另行指定（例如改为POSCAR-unitcell，则在运行命令时需要加上选项-c POSCAR-unitcell）。注意：在指定实空间或倒空间中的坐标时，可以采用分数形式，但是在分数线左右不能留有空格。力文件（FORCE_SET）该文件由phonopy根据力计算得到的vasprun.xml文件生成，生成命令为phonopy -f给出超原胞中原子发生有限位移产生的力的集合。每个超原胞中包含一个发生位移的原子。该文件的格式如下：第一行给出超原胞中的原子数，第二行给出需要计算的超原胞数目（每个超原胞中包含一个发生位移的原子），然后分块写出每个原子位移导致的力（每一块包含一个超原胞中由于一
7、个原子发射位移导致所有原子收到的力），在每一块中，第一行给出超原胞序数，第二行给出原子位移，然后依次给出各原子的受力。空行将被程序忽略。力和原子位移都采用笛卡尔坐标。力常数文件（FORCE_CONSTANT）该文件由phonopy读取dfpt计算得到的vasprun.xml生成，生成命令为phonopy fcBorn（可选）该文件和-nac以及-nac-old选项配合使用Format在该文件中，第一行的第一个数值为单位转换系数，在VASP中，这一数值可能为27.21160.52918。第二个数值只有使用-nac_old选项的时候才会用到，它代表一个阻尼系数（默认值为2.5），这个参数一般可以忽
8、略。第二行指定介电常数张量的九个分量，第三行，输出文件Phonopy中的输出文件band.yamlmesh.yamlqpoints.yamlthermal_properties.yamltotal_dos.dat 和partial_dos.dat具体步骤以VASP为接口，phonopy有两种工作方式：一种是有限位移方法，即只利用VASP来计算力；另一种是DFPT（密度泛函微扰理论）方法，利用VASP计算得到Hessian矩阵（写在vasprun.xml里），然后由phonopy读取Hessian矩阵并生成力常数文件，由此可以计算出体系的声子谱、频谱态密度、热力学性质等。利用VASP计算力来获得
9、声子谱的步骤如下1. 准备POSCAR文件，一般POSCAR中为一个单胞，然后运行命令phonopy -d -dim=”m n l”即可生成一个SPOSCAR文件，其中包含的结构为由指定单胞扩展得到的mnl的超原胞，此外还会生成disp.yaml以及POSCAR-number等文件，前者包含所有的位移信息，后者则表示发生不同位移的超原胞（文件名序号与disp.yaml中指定位移的顺序一致）注意：由于phonopy生产超原胞和位移时没有POTCAR文件，所以需要在POSCAR的第一行中依次指明各元素名，这与普通的POSCAR（第一行为注释行）是不一样的，而POSCAR也可以采用VASP5.2及以
10、上的写法，即在晶格基矢后增加一行指明各元素名称。2. 力计算，计算发生指定有限位移时的原子受力。在VASP中，直接采用POSCAR-number作为POSCAR计算每个指定位移下的原子受力。可以参考以下的INCARPREC = AccurateIBRION = -1ENCUT = 500EDIFF = 1.0e-08ISMEAR = 0; SIGMA = 0.01IALGO = 38LREAL = .FALSE.ADDGRID = .TRUE.LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.注意在计算中不要弛豫结构（IBRION=-1，静态计算）3. 后处理，主要分三步：利用力计
11、算中得到的力来计算力常数；利用力常数构造动力学矩阵；利用动力学矩阵计算声子谱（包括本征频率及相应的本征波矢）。在这一步开始前，可以准备如下文件mesh.confATOM_NAME = Si ODIM = 2 2 3MP = 8 8 8运行命令phonopy -p mesh.conf 计算态密度运行命令phonopy -t mesh.conf 计算热力学性质（自由能单位J/mol，熵单位J/K/mol，热容单位J/K/mol）运行命令phonopy t -p mesh.conf绘制热力学相关参数（热容、熵、自由能）随温度T（热力学温标）变化的曲线利用VASP的DFPT方法计算声子谱的步骤如下：1
12、. 建立初始结构POSCAR（或其他指定的文件如POSCAR-unitcell）2. 运行命令phonopy d dim=m n l创建一个mnl的超原胞（存在SPOSCAR文件中）。在这一方法中POSCAR-number和disp.yaml都不会用到。3. 将phonopy创建的SPOSCAR复制到POSCAR中，运行VASP进行DFPT计算（注意：VASP的DFPT只能计算点的力常数！是否有影响？），INCAR的参考设定为PREC = AccurateENCUT = 500IBRION = 8EDIFF = 1.0e-08IALGO = 38ISMEAR = 0; SIGMA = 0.1L
13、REAL = .FALSE.ADDGRID = .TRUE.LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.（注意：此处在INCAR中设定IBRION=8，根据VASP说明书，设定IBRION=7或8可以进行DFPT计算并得到Hessian矩阵，但是只有在VASP5.1及更高版本中才可以进行该计算）4. 确定VASP计算得到的vasprun.xml文件中包含Hessian 矩阵元素，然后运行命令phonopy -fc vasprun.xml生成力常数文件FORCE_CONSTRAINTS5. 绘制声子谱：在参数设定文件band.conf中设定FORCE_CONSTRAINTS = READ（或者在运行命令时加上选项-readfc），然后运行命令phonopy -dim=m n l -c POSCAR-unitcell band.conf（如果原胞文件为POSCAR则不需指定）
