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示例 12-2：MgO 的 DFPT 力常数与非解析项修正（LO–TO 劈裂）

目的

  • 用 VASP DFPT（IBRION = 8）在 2×2×2 超胞中一次计算全部力常数，再交给 phonopy；
  • 用 LEPSILON = .TRUE. 计算 ε∞ 与 Born 有效电荷，phonopy-vasp-born 生成 BORN 文件；
  • 比较有、无 NAC 的声子谱，观察极性材料 Γ 点的 LO–TO 劈裂。

对应教程：第12章 声子：phonopy 有限位移与 DFPT（§8–§9）。

文件说明

文件 说明
POSCAR-unitcell 岩盐 MgO 惯用胞（8 原子，Mg 在前），a = 4.25 Å（PBE 近似值）；请先优化
INCAR_relax 紧致优化（ISIF = 3、EDIFF = 1E-8、EDIFFG = -1E-3、ENCUT = 520）
INCAR_dfpt、KPOINTS_dfpt 64 原子超胞 DFPT：IBRION = 8、EDIFF = 1E-8；不设 NCORE/NPAR、不设 IVDW；Γ 中心 3×3×3
INCAR_born、KPOINTS_born 单胞 LEPSILON = .TRUE.、LRPA = .FALSE.；Γ 中心 8×8×8
band.conf FORCE_CONSTANTS = READ、NAC = .TRUE.、fcc PRIMITIVE_AXES、Γ–X–W–K–Γ–L
setup_mgo.sh 不带参数：建立 dfpt/ 与 born/；post：生成 FORCE_CONSTANTS、BORN 并画声子谱
POTCAR 不提供；例如 cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/{Mg_pv,O}/POTCAR > POTCAR（元素顺序 Mg、O）

运行步骤

cd VASP/examples/12-mgo-dfpt-nac
cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/{Mg_pv,O}/POTCAR > POTCAR
grep TITEL POTCAR

# 0) 优化单胞（略，同示例 12-1；完成后覆盖 POSCAR-unitcell）

# 1) 准备 DFPT 与 Born 计算
bash setup_mgo.sh
(cd dfpt && sbatch ../../12-si-phonopy-fd/job.slurm)
(cd born && sbatch ../../12-si-phonopy-fd/job.slurm)

# 2) 后处理
bash setup_mgo.sh post
#   = phonopy-init --fc dfpt/vasprun.xml
#   + (cd born && phonopy-vasp-born --pa "0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0") > BORN
#   + phonopy --config band.conf -p -s

# 3) 对比：不加 NAC
phonopy --config band.conf --nonac -p -s        # phonopy >= 4；旧版去掉 conf 中的 NAC 行

预期结果 / 如何检查

grep -c 'name="hessian"' dfpt/vasprun.xml           # >= 1
grep -A 4 "MACROSCOPIC STATIC DIELECTRIC TENSOR (including local field effects in DFT)" born/OUTCAR
grep -A 9 "BORN EFFECTIVE CHARGES" born/OUTCAR | head -10
cat BORN
  • VASP Wiki 的 MgO 示例给出 ε∞ ≈ 3.13、Z*(Mg) ≈ +1.97、Z*(O) ≈ −1.97，可作为量级参考；
  • 所有原子的 Z* 之和应接近 0；
  • phonopy 日志出现 NAC parameters were read from "BORN"；
  • 有 NAC 时 Γ 点光学支劈裂为 TO 与 LO（LO 明显更高，实验 TO/LO 约 12/21 THz 量级，近似值），无 NAC 时三支光学模在 Γ 点简并；
  • 声子谱无虚频。

注意事项

  • DFPT（IBRION=7/8）和 LEPSILON 不支持 NCORE/NPAR > 1，常见报错为 PEAD routines do not work for NCORE 或提示删除 NPAR；
  • DFPT 不支持 vdW 修正与杂化泛函，这类情况改用有限位移（示例 12-1 的流程）与 LCALCEPS；
  • phonopy-vasp-born 的 --pa 必须与 band.conf 的 PRIMITIVE_AXES 一致，且只接受数值矩阵（phonopy 4.10 实测不接受 auto/F）；
  • 旧版 phonopy（2.x/3.x）的后处理写成 phonopy -c POSCAR-unitcell -p -s band.conf（setup_mgo.sh post 会自动选择）；
  • VASP 6.6.1 修复了 OpenACC GPU 版 LCALCEPS 的 Born 电荷错误；phonopy 4.8.0 修复了从 vaspout.h5 读取 Born 电荷时的转置错误（默认读 vasprun.xml 不受影响）。