DS-PAW scf自洽计算的内容

第一性原理平面波密度泛函计算软件DS-PAW是Device Studio平台下的一款使用C++开发的国产第一性原理密度泛函计算软件，使用平面波作为基函数组，其赝势是使用投影缀加平面波方法构造的。  

DS-PAW能够应用于不同场景，例如金属、半导体、绝缘体、表面、磁性、非磁性和锂电等；能够精确预测材料的电子分布；能够进行原子几何结构优化；能够广泛的应用于材料科学领域。‍‍‍‍‍ ‍‍‍

本期将给大家介绍DS-PAW scf自洽计算的内容。

自洽计算能够得到特定晶体的电荷密度和波函数，有了电荷密度之后才能有计算该体系的能带、态密度等电子结构性质。特别需要注意是：自洽与能带、态密度等电子结构性质计算是有先后顺序的，必须先进行自洽计算得到电荷密度才能进一步计算能带、态密度等电子结构性质。

2.2.1. �� 原子自洽计算之准备输入文件

输入文件包含参数文件 scf.in 和结构文件 structure.as ， scf.in 如下：

scf.in 输入参数介绍：

可以看到 scf.in 的输入文件中很多参数与结构弛豫的参数名是一致的，其设置方法也是一致的，这里只着重介绍一些前面没设置过或设置有些不同的参数：

task ：本次计算为 scf 自洽计算，因此将task设置为 scf ；

cal.cutoffFactor ：表示截断能参数 cal.cutoff 的系数，在DS-PAW程序中，如果 cal.cutoff 参数缺失，程序将根据元素的截断能设置默认的平面波截断， cal.cutoffFactor 参数就是在 cal.cutoff 上设置乘以一个系数；

io.charge ：当io.charge设置为 true 时，表示计算完成之后输出电荷密度的二进制文件rho.bin和json文件rho.json，二进制rho.bin文件用于后续的后处理计算，例如能带、态密度等，rho.json文件用于显示；

io.wave ：当io.wave设置为 true 时，表示计算完成之后输出波函数的二进制文件wave.bin，用户可以在后续的后处理计算中选择是否使用wave.bin开始计算；

structure.as 文件参考如下：

由于本案例为自洽计算只是为了计算得到特定体系的电子结构，因此不需要手动改变原子位置；

注解

io类参数只在结构弛豫和自洽中起作用，例如io.charge在其他计算情况下将不会生成rho.bin或rho.json文件；

在结构弛豫和自洽中，还能够保存elf、potential的数据，只需要将io.elf和io.potential设置为true即可；

如果用户想要使用自己优化的结构，只需在计算中将sys.structure参数指定绝对路径或相对路径下的relax.json，也可以将relax.json文件复制到本次计算的目录中，设置sys.structure=./relax.json即可；

带自旋体系的计算案例详解第二章的NiO案例。

计算时如需给体系添加背景电荷，可直接设置sys.electron参数，该参数指定价电子的总数。

2.2.2. run程序运行

准备好输入文件 scf.in 和 structure.as 后，将文件上传到服务器上运行，按照结构弛豫中介绍的方法执行 DS-PAW scf.in 。

2.2.3. analysis计算结果分析

根据上述的输入文件，计算完成之后将会得到 DS-PAW.log 、 system.json 、 rho.bin 、 rho.json 、 wave.bin 这5个文件。

rho.bin ：电荷密度的二进制文件，用于后续的后处理计算；

rho.json ：电荷密度的 json 格式文件，用来显示电荷密度的结果；

wave.bin ：波函数的二进制文件，用于后续计算；

使用 Device Studio 可直接对 rho.json 文件处理出图，其操作步骤为：Simulator-->DS-PAW-->Analysis Plot，选择 rho.json 即可，可根据作图要求自定义设置面板参数，处理可得一维、二维、三维电荷密度图，其中三维图如下所示：

另可使用python脚本将 rho.json 格式的转化成 VESTA 软件支持的格式，具体操作见 辅助工具使用教程 部分。

 

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