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示例 11-1：Pt 吸附原子在 Pt(100) 上的跳跃扩散（VTST CI-NEB）

目的

  • 走通一次完整的 VTST NEB 流程：端点优化 → 插值（IDPP/线性）→ 普通 NEB 粗收敛 → CI-NEB → nebresults.pl 能垒；
  • 学会检查原子顺序、图像间距、MPI 进程数与 IMAGES 的关系；
  • 为 Dimer（示例 11-3）和过渡态频率验证（示例 11-4）提供起点。

对应教程：第11章 过渡态搜索：NEB / CI-NEB / Dimer（§4–§8、§12）。

文件说明

文件 说明
POSCAR_IS Pt(100) p(3×3) 4 层（底部 2 层固定）+ 吸附原子在 hollow 位（第 37 号原子），a = 3.97 Å（PBE 近似值）
POSCAR_FS 吸附原子位于相邻 hollow 位（沿 x 移动 2.81 Å），原子顺序与 IS 完全相同
INCAR_relax 端点优化（IBRION = 2、EDIFFG = -0.02）
INCAR_neb_stage1 第一阶段：普通 NEB，LCLIMB = .FALSE.、IOPT = 3（quick-min）、EDIFFG = -0.10
INCAR_neb_stage2 第二阶段：CI-NEB，LCLIMB = .TRUE.、IOPT = 1（LBFGS）、EDIFFG = -0.03
KPOINTS Γ 中心 4×4×1
idpp_interpolate.py 基于 ASE 的 IDPP/线性插值，检查端点一致性，写出 00 … NN（-h 查看选项）
make_images.sh 插值 + 复制端点 OUTCAR + dist.pl 检查
job.slurm NEB 作业脚本（3 节点 × 32 进程 = 96 = 3 图像 × 32），提交前检查进程数能否被 IMAGES 整除
POTCAR 不提供，用 ../10-co-pt111-adsorption/make_potcar.sh 生成

运行步骤

需要 VTST 版 VASP（IOPT、LCLIMB、ICHAIN 来自 VTST 补丁）和 vtstscripts（在 PATH 中），插值脚本需要 ASE。

cd VASP/examples/11-pt-adatom-neb
export VASP_PP_PATH=/path/to/your/paw/library

# 1) 端点优化
mkdir -p IS FS
cp POSCAR_IS IS/POSCAR; cp POSCAR_FS FS/POSCAR
for d in IS FS; do cp INCAR_relax $d/INCAR; cp KPOINTS $d/; done
bash ../10-co-pt111-adsorption/make_potcar.sh IS FS
cp IS/POTCAR .
(cd IS && sbatch ../../10-co-pt111-adsorption/job.slurm)
(cd FS && sbatch ../../10-co-pt111-adsorption/job.slurm)

# 2) 检查端点并生成图像 00..04
python idpp_interpolate.py IS/CONTCAR FS/CONTCAR --check-only
bash make_images.sh IS FS 3                 # IDPP；线性插值: bash make_images.sh IS FS 3 linear

# 3) 第一阶段：普通 NEB
cp INCAR_neb_stage1 INCAR
sbatch job.slurm
nebef.pl                                    # 运行中随时查看各图像受力与能量

# 4) 第二阶段：CI-NEB
vfin.pl stage1                              # 保存结果并把 CONTCAR 覆盖到 POSCAR
cp INCAR_neb_stage2 INCAR
sbatch job.slurm

# 5) 能垒
nebresults.pl
cat exts.dat

预期结果 / 如何检查

  • idpp_interpolate.py --check-only：只有第 37 号原子位移约 2.8 Å，其余原子位移约 0；
  • make_images.sh 打印的相邻图像间距约 0.7 Å，且都相等；
  • 路径对称：图像 02（bridge 位）能量最高，01 与 03 能量相近，能垒曲线左右对称；
  • CI-NEB 收敛后所有图像受力 < 0.03 eV/Å；exts.dat 给出的极大值应与图像 02 的能量基本一致；
  • 正、逆向能垒相同（IS 与 FS 等价）。

注意事项

  • Pt 在 Pt(001) 上的自扩散实验上以交换机制为主（教程 §12 的说明），本例的跳跃路径用于教学；
  • 晶格常数、层数、表面胞、k 点只是教学设置；正式计算需做收敛测试（教程 §15）；
  • IMAGES 改变时，job.slurm 中的总进程数也要改为新 IMAGES 的整数倍；
  • 端点、NEB、Dimer、频率计算的电子部分参数必须完全一致；
  • 在 Windows/Git Bash 测试时若 python3 指向应用商店存根，可用 PYTHON=python bash make_images.sh ...。