# 《计算物理导论》示范实验 [TOC] ## 1.实验说明 所有必要的文件都会放在对应问题的目录下。 abinit中具体的输入参数说明在 https://docs.abinit.org/variables/ 可以找到。 除abinit外，数据的处理和可视化由自己完成，这里仅提供一种已有的可选方法。 除了输入文件中的晶体结构，另外提供了名为POSCAR的结构文件，可方便在本地PC查看，打开软件可使用VESTA（下载地址：https://jp-minerals.org/vesta/en/download.html ） 常见的布里渊区和高对称点可搜索维基，也可参考文献 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927025610002697 。 *可能需要在云主机上额外安装的软件：python2 *可能需要在本地安装的软件：VESTA；Qtgrace； ## 2. 实验一 Si两种相的POSCAR结构文件这里由后缀为_symmetrized以及_primitive表示同种相的两种晶胞。输入文件中的结构是根据立方晶胞即symmetrized中的结构构建的。可以用VESTA打开primitive文件并在左侧Boundary选项中调整，直观感受如何将fcc原胞与立方晶胞的互相转换。 ### 2.1 计算 准备文件有3个，si.fhi, wenjian.in, wenjian.files。si.fhi为体系的赝势文件，想要了解的同学可以自行查找赝势，此处赝势用的是开源的opium进行构造的。wenjian.in包含所有计算时所需要的参数。 为方便理解结构，这里FCC原胞在立方晶胞的参考系里建立，详情可见Problem2。β-Sn结构则直接按照POSCAR_primitive文件中原胞的矢量建立。 放在云主机的运行目录下后。命令行输入‘abinit < wenjian.files &’。等待程序运行完成。直接运行该命令会将运行过程打印出来，完成时的显示为 。 计算完一种体积的能量后，更改如下图所示acell后的数组大小，不需要更改rprim的大小即方向，即可改变体系的体积。  ### 2.2 读取数据 通过vim打开wenjian.out（即在命令行输入vim wenjian.out），输入"\Total energy"即可查找到体系能量。 ## 3. 实验二 ### 3.1 计算 在进行能带计算时，需要先进行自洽计算，根据自洽计算的电荷密度进行非自洽的能带计算。Si fcc布里渊区见 https://en.wikipedia.org/wiki/Brillouin_zone fcc部分。这里选取k空间的高对称路径为L-Γ-X-W-K-Γ。 输入文件名为"wenjian.in"。  其中抬头的注释部分说明了该部分的含义，句尾的注释为改行（或该block的作用）。 如上图第一部分为定义该原胞。需要注意的是，这里的原胞是以立方晶胞的三个晶格矢量出发，去表示原胞的晶格矢量，如:rprim 0.0 0.5 0.5表示$0\vec{a}_1+0.5\vec{a}_2+0.5\vec{a}_3$,其中的$\vec{a}_i$为立方晶胞的三个晶格矢量。这里要注意长度的单位是Bohr而非埃。 类似，如下图所示 分别如文件中注释，为原胞内原子种类、位置的设置以及计算时选取的平面波截断能、循环步数及精度。 接下去为计算的第一部分（dataset1），电子自洽计算。。 此步是为能带计算做铺垫。计算时K空间网格的选取如图中k-mesh注释行。 最后是能带的计算，为dataset2。  这里我们不再对晶体、电荷密度作自洽，直接读取上一步电荷密度。为保证能带的正确性，需要选取比占据数多一些的能带数目，这里选取20条能带（大家可以想一想我们计算时有几条能带是占据的）。每条高对称路径上K点的间隔数为50个，路径的两端点为kptbounds2 block所示。 与之前一样，命令行输入‘abinit < wenjian.files &’即可运行。 ### 3.2 后处理 计算完成后，会有_EIG等如下的输出文件。这里有如下方式处理。 1）利用abinit自带的处理脚本，AbinitBandStructureMaker.py （已放在目录中）, 命令行输入python AbinitBandStructureMaker.py wenjian.out 。注意，这里由于年份较早，该文件是仅支持python2，请大家下载python时注意版本。下载完后直接运行该脚本文件，得到.agr文件。AGR格式文件的打开这里推荐Grace的windows或者mac图形界面版，Qtgrace（下载地址：https://sourceforge.net/projects/qtgrace/ ，若最新版本无法打开则在如下链接选择旧版本https://sourceforge.net/projects/qtgrace/files/ ）。解压后在该目录下的/bin目录下直接打开即可。 2）从结果中自己读取数据。这里为方便大家处理，对输出数据的格式作简要说明。由于能带计算是在dataset2，能带的信息在wenjiano_DS2_EIG中。部分截图如下图。  文件的第一行为计算式该体系计算的k点数，如果输入文件中有3条高对称路径，每条路径为50个间隔，那这里nkpt就为151。对于第一个k点，16个能量本征值从第三行开始，一般情况下，分别对应从第一条到第16条能带在第1个k点的能量。 注意这里的能量本征值为绝对值，一般需要相对费米能级的能量。费米能级可在“wenjian.out”中找到。用vim命令打开该文件，输入"\Fermi"就可以找到。 ## 4. 实验三 由于石墨烯体系比较简单，布里渊区和结构大家可以自行查找。与问题2类似，只有在结构上需要注意的是，由于是一个二维体系，但计算都是基于周期性边界条件，为了模拟二维的情况，在c方向（垂直面的方向）加上一个足够大的真空层，即便在周期性结构下，可以将c方向上两个面的相互作用减小到几乎不存在。这是DFT软件计算单层二维体系的一个处理手段。  石墨烯输入文件如图中所示，可以看到c方向取了一个比较大的值，原因如上所述。