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示例 04-1：Si 体相变胞优化（ISIF=3）与 Pulay 应力消除

目的

  • 演示 IBRION = 2 + ISIF = 3 的体相完全优化；
  • 演示"优化 → CONTCAR 拷成 POSCAR → 再优化"的循环，直到体积不再变化，从而消除 Pulay 应力；
  • 学会用 grep 检查 "reached required accuracy"、external pressure 和体积。

对应教程：第4章 结构优化与状态方程（§4）。

文件说明

文件 说明
INCAR PREC=Accurate、ENCUT=400（≥1.3×ENMAX）、IBRION=2、ISIF=3、EDIFFG=-0.005
POSCAR 金刚石 Si 的 fcc 原胞，初始晶格常数故意取 5.55 Å（比实验值大约 2%）
KPOINTS Γ 中心 8×8×8 网格（fcc 晶格推荐 Γ 中心）
job.slurm Slurm 作业脚本：最多 4 轮优化，每轮结束后 cp CONTCAR POSCAR，某轮离子步数 ≤ 3 且收敛即停止
POTCAR 不提供，需自行生成（见下）

运行步骤

cd VASP/examples/04-relax-si-isif3
# 1) 生成 POTCAR（按你本地赝势库的目录名调整 potpaw_PBE）
cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/Si/POTCAR > POTCAR
grep -E "TITEL|ENMAX" POTCAR

# 2) 修改 job.slurm 中的分区、模块名、核数后提交
sbatch job.slurm

# 3) 查看每一轮的结果
cat relax_rounds.log

不想用循环时，也可以手动运行一次：mpirun -np 4 vasp_std > vasp.out，然后 cp CONTCAR POSCAR 再运行一次。

预期结果 / 如何检查

grep "reached required accuracy" round*/OUTCAR     # 每一轮都应出现
grep "external pressure" OUTCAR | tail -1           # 最后一轮 |P| 应在约 1 kB 以内
head -5 CONTCAR                                     # 优化后的晶格矢量
python -c "from ase.io import read; a=read('CONTCAR'); print('a = %.4f A' % (a.cell.lengths()[0]*2**0.5))"
  • relax_rounds.log 中，第 1 轮体积明显减小，后续轮次体积变化应 < 0.2%，离子步数迅速减少到 1–3 步。
  • PBE 下 Si 的晶格常数通常在约 5.46–5.47 Å（近似值；实验值 5.431 Å），具体数值取决于 ENCUT、k 点和 POTCAR 版本。

注意事项

  • 仓库不包含 POTCAR（VASP 许可证限制），也不要把 POTCAR 提交到公开仓库。
  • ISIF=3 必须使用足够高的 ENCUT；把 ENCUT 降到约 250 eV 再跑一遍，可以直观看到 Pulay 应力导致的体积偏小（教程练习 1）。
  • 金刚石 Si 的原子位置被对称性固定，受力恒为 0，收敛实际由应力决定；有内坐标的体系同样适用这套流程。
  • 若作业中途被杀，POSCAR.orig 保存了最初的结构，round*/ 中保存了每轮的 OUTCAR/CONTCAR。