基于vasp计算材料红外与Raman光谱信息

news2024/11/27 1:44:46

使用方法一:获取材料raman活性信息

代码链接:VASP/Sibulk-VASP at master · raman-sc/VASP · GitHub

前置计算材料的振动频率和介电常数等,参考INCAR如下:

SYSTEM = Si_bulk

ISTART = 0 # From-scratch; job : 0-new 1-cont 2-samecut

NWRITE = 3 Verbosity

! electronic relaxation

ENCUT = 300.0 # cut-off energy

PREC = Accurate # precision : accurate/normal/low

ISPIN = 1 # 1 - off, 2 - on (non spin-polarized calculation)

ICHARG = 2 # > 10 for non-SC calculation

IALGO = 38 # DAVidson, then RMM-DIIS

EDIFF = 1.0E-8 # default

ISMEAR = 0 # gaussian

SIGMA = 0.05

! PAW's

LREAL = .FALSE. # default - Automatic choice of how projection is done

ADDGRID = .TRUE.

! phonons

IBRION = 5

POTIM = 0.01

! parallelisation

LPLANE = .FALSE.

KPAR=8

! output

LWAVE = .FALSE. # WAVECAR file

LCHARG = .FALSE. # CHCAR file

LELF = .FALSE.

LVTOT = .FALSE.

将计算得到的OUTCAR和使用的POSCAR后缀加上.phon后,执行运行脚本raman.sub,其中同时会运行vasp_raman.py脚本。具体功能可参考说明。

使用前需根据材料结构对称性和Wyckoff 点位修改脚本参数。

计算得到的硅的Raman活性信息如下。

# mode    freq(cm-1)    alpha    beta2    activity

1   504.47552   0.0000409  780.7952797  5465.5669580

2   504.47464   0.0045779  779.0264832  5453.1863253

3   504.47201  -0.0031882  779.4324411  5456.0275454

4   447.84208   0.0006131   0.0005437   0.0038231

5   447.84107  -0.0017167   0.0000277   0.0003268

6   447.84076   0.0049049   0.0000643   0.0015326

7   447.83928   0.0004905   0.0001417   0.0010030

8   447.83865  -0.0380539   0.0203246   0.2074370

9   447.82907  -0.0295112   0.0906046   0.6734232

10   402.16258  -0.0002044   0.0001276   0.0008950

11   402.16054   0.0001226   0.0000161   0.0001131

12   402.15924  -0.0008992   0.0000119   0.0001199

13   402.15921  -0.0012262   0.0000106   0.0001422

14   402.15746   0.0008584   0.0002334   0.0016672

15   402.15492   0.0005722   0.0000023   0.0000306

16   145.82303   0.0002044   0.0000004   0.0000045

17   145.82113  -0.0000817   0.0000001   0.0000010

18   145.81855  -0.0002044   0.0000002   0.0000029

19   145.81681  -0.0001226   0.0000007   0.0000054

20   145.81480   0.0000817   0.0000004   0.0000029

21   145.81429   0.0000409   0.0000002   0.0000011

活性信息与实验结果相近。(J.H. Parker, et al., Phys Rev, 155, 712 (1967))

使用方法二:Phonopy-Spectroscopy计算材料红外和Raman图像

前置计算:

1、需要通过有限位移法或密度泛函微扰论(DFPT)计算得到材料二阶力常数(有限位移法获得的为FORCE SETS,需通过hiphive或phonopy转化为FORCE_CONSTANTS)。同时可将其转化为hdf5文件。

2、需要计算得到材料的BORN电荷,有限位移法和额外进行一次自洽计算获得,DFPT可一次计算得到。

INCAR参数:LEPSILON = True

3、通过phono3py计算得到材料的三阶力常数,计算任务数量可通过设置位移大小适配计算资源。同时可将其转化为hdf5文件。

依据前面计算,得到材料在Γ点的振动模式信息,包括mesh.hdf5或mesh.yaml文件和irreps.yaml文件。

获得mesh.hdf5文件:

phonopy --dim="3 3 1" -c POSCAR-unitcell --readfc --hdf5 --fc-symmetry --mesh="1 1 1" –eigenvectors

获得irreps.yaml文件:

phonopy --dim="3 3 1" -c POSCAR-unitcell --readfc --hdf5 --fc-symmetry --irreps="0 0 0"

可根据材料晶体结构以及对称性判断Raman活性信息,也可根据irreps.yaml文件判断

使用Phonopy-Spectroscopy 软件分析前置计算得到的文件并计算红外和Raman图像

生成&Gamma点模式的声子线宽:

phono3py --dim="2 2 2" --dim_fc2="6 6 3" --fc2 --fc3 -v --br --thm --mesh="48 48 48" --write_gamma --gp=0

红外强度计算

这时需要使用之前准备好的BORN文件,生成室温(300 K)线宽的模拟红外光谱和峰值表,命令如下

phonopy-ir --ir_reps --linewidth_hdf5="kappa-m484848-g0.hdf5" --linewidth_temperature=300

Raman计算

通过irreps.yaml的振动信息,并参考材料结构信息,判断可能显示Raman活动的模式,并生成计算文件:

phonopy-raman -d --bands="4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 17 18 20 21 22 23 25 26 27"

bands的值为需要计算的模式。

计算的INCAR 参考软件的example,如下

ALGO = Normal

EDIFF = 1E-8

ENCUT = 700

ISIF = 2

ISMEAR = 0

LASPH = .TRUE.

LCHARG = .FALSE.

LEPSILON = .TRUE.

LREAL = .FALSE.

LWAVE = .FALSE.

NSW = 0

PREC = Accurate

SIGMA = 0.01

SYSTEM = SiO2

计算完成后处理OUTCAR的文件

phonopy-raman -r OUTCAR.*

最后获得Raman计算结果

phonopy-raman -p --ir-reps --linewidth-hdf5="kappa-m484848-g0.hdf5" --linewidth-temperature=300

最后 有相关需求欢迎通过公众号"320科技工作室"和我们联络

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