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示例 04-1：Si 的基组收敛测试（Quick / Standard / Precise）

目的

  • 在相同结构、截断能和 k 点下，比较 DFT_DATA19 推荐表中 Si 的三档 PAO 基组：Si7.0-s2p1d1（Quick，10 个基函数/原子）、Si7.0-s2p2d1（Standard，13 个）、Si7.0-s3p3d2（Precise，22 个）；
  • 比较总能、晶格常数（EvsLC 扫描 + Birch–Murnaghan 拟合）和能带，体会"基组也需要收敛测试"。

对应教程：第4章 基组 PAO 与赝势 VPS 的选择（§9）。

文件说明

文件 说明
Si_basis_quick.dat Quick 基组，SCF + L–Γ–X–W–K–Γ 能带
Si_basis_standard.dat Standard 基组（与另两个文件只差基组和 System.Name 两行）
Si_basis_precise.dat Precise 基组
run_basis_test.sh scf：依次计算并汇总 Utot；eos：生成并运行 EvsLC 扫描输入；collect：只汇总
job.slurm Slurm 作业脚本，可提交单个输入，也可在作业内运行驱动脚本

运行步骤

cd OpenMX/examples/04-basis-test-si
# 1) point DATA.PATH to your DFT_DATA19 (the directory that contains PAO/ and VPS/)
sed -i "s#^DATA.PATH.*#DATA.PATH   $HOME/openmx4.0/DFT_DATA19#" *.dat

# 2) SCF + band for the three basis sets (interactive node)
MPI_RUN="mpirun -np 4" NT=1 bash run_basis_test.sh scf
#    or on a cluster:
sbatch job.slurm run_basis_test.sh scf

# 3) lattice constant for each basis (EvsLC, 12 points from a = 5.24 Ang)
MPI_RUN="mpirun -np 4" bash run_basis_test.sh eos
python ../06-cellopt-eos-si-c/fit_evslc.py si_standard_eos.EvsLC --lattice fcc --natoms 2

预期结果 / 如何检查

  1. run_basis_test.sh scf 最后打印一张表：每档基组的 Utot（Hartree/原胞）以及相对 Precise 的能量差（meV/atom）。应满足 Quick > Standard > Precise（基组越大能量越低）。数据库 Si 页面给出的参照是：E–V 曲线极小处 Si7.0-s2p2d1 与 Si7.0-s3p3d2f1 相差 0.025 eV/atom。
  2. 表下面的 Num. of grids 三行必须相同，否则说明比较的不是同一个积分网格。
  3. 用 grep -o "scf_conv=[01]" si_*.md 确认每次计算都是 scf_conv=1。
  4. EvsLC 拟合：Standard 与 Precise 的 a0 应相差约 0.01 Å 量级；PBE 文献值约 5.47 Å，实验 5.431 Å。
  5. 能带：用 bandgnu13 或 python ../../scripts/omx_band_plot.py -h（本仓库脚本，查看用法）画 si_*.Band。三档基组的价带应几乎重合，导带对基组更敏感。Si 的 PBE 带隙为间接带隙、约 0.5–0.6 eV 量级（实验约 1.17 eV），被低估属正常。

注意事项

  • 这里所有计算共用 scf.energycutoff 220、scf.Kgrid 8 8 8。截断能和 k 点本身的收敛测试在 第5章示例 中完成。
  • eos 模式用 GNU sed 改写输入：把晶格从 a = 5.43 Å 缩到 5.24 Å，设 MD.Type EvsLC、MD.EvsLC.Step 0.7、MD.maxIter 12，并加入 scf.Ngrid 32 32 32。固定网格是为了避免 E–V 曲线因网格点数跳变而出现锯齿（第6章 §5）。
  • 结果文件 si_*_eos.EvsLC 的前 9 列是三个晶格矢量（Å），最后一列是总能（Hartree）。
  • 输入文件只含 ASCII 字符；在 Windows 下编辑后请确认仍是 LF 换行（dos2unix *.dat）。