QE

Quantum ESPRESSO

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• 执行计算

  pw.x -in qe.in 1> qe.out 2> qe.err
  pw.x < qe.in > qe.log

• nat (number of atoms in the unit cell)
  用来指明体系的原胞中原子的总共数目，赋值为1表示所计算的原胞中只有一个原子
  
• ntyp (number of types of atoms/ATOMIC_SPECIES in the unit cell)  
  用来指明体系中原子类型的数目，赋值为1表示所计算的体系只有一种类型的原子
• charged systems
  • tot_charge
  • starting_charge(i), i=1,ntyp. starting charge on atomic type 'i'，指定原子类型'i'的初始化电荷量，默认为0.0，即电中性.

    starting_charge(i) = 0.0, for i in {1..ntyp}

    对于extrinsic defect，可以按照电荷类型指定带电量，但是对于intrinsic defect（如氧空位）则无法通过该方式指定具体某个缺陷的电荷量. 此时，只能指定tol_charge，并引入背景电荷来补偿.
• atomic units (a.u)
  • Hartree atomic units (Ha a.u.)
    • ħ=m_e=e=1
    • 1 Hartree (Ha) = 2 Rydberg (Ry) ≈ 27.211 eV
    • QE中能量习惯用 Ry = 0.5 Ha ≈ 13.6
    • electric field unit in the Hartree a.u: 1 a.u. = 51.4220632 V/Å
  • Rydberg atomic units (Ry a.u.)
    • ħ=2m_e=e²/2=1
    • electric field unit in the Rydberg a.u: 1 a.u. = 36.3609 V/Å = 51.4220632/Sqrt(2) V/Å 
• Scientific notation
  
  • D notation comes from Fortran, where it means DOUBLE PRECISION
  • Note that the D notation is identical to the E notation
• 查看力和能量的收敛情况（直接在log中查找keywords）

  grep "Gradient error" log  # or grep Grad log, 查看力
  grep "estimated scf accuracy" log # or grep scf log, 查看能量

• FCP (Fictitious Charge Particle) 
• QE原子坐标形式
  • 直角坐标
    • bohr：以Bohr半径为单位
    • angstrom：以Å为单位
    • alat：alat是晶格矢量v₁(lattice constant a)的长度，即celldm(1) or A
      
      • 注：晶格参数由celldm(1)=a，celldm(2)=b/a，celldm(3)=c/a及夹角的余弦值elldm(4:6)或A、B、C及cosAB、cosAC、cosBC来设置
  • 分数坐标
    • crystal：以晶格矢量为基矢量的相对坐标
• Toolchains
  • BURAI
    • 可以在windows上运行QE(v6.1)
    •  Input文件手动修改后，需要点击↑，GUI修改后需要点击刷新
      • 手动添加参数后，会重新按照字母顺序排序！
      • 参数需要在对应的任务中修改！
    • 从Result中查看结果，Reload更新，左下←返回上级
    • Linux上运行BURAI的JRE（JRE、JVM及JDK的关系如下）建议到官网下载.tar.gz解压包或.rpm包安装！

• •  PWgui
    • 产生输入文件（包括计算及后处理）和了解相关参数
      • 从Lattice&Atoms中编辑和导入结构信息（load atomic coordinates from file...）
      • View中查看输入文件，若已安装XCrySDen，可以显示三维结构 
  •  XCrySDen（类似VESTA）
    • 编译很恶心（很难安装！），特别是在CentOS下！参考Sobereva（卢天老师）针对CentOS打包的预编译版
    • 也可在Ubuntu上安装bin版本使用，或者直接使用包管理器sudo apt-get install xcrysden安装旧版本

      sudo apt-get install xcrysden

• 价电子读取
  • 从赝势中读取价电子数(z_valence)
  • 从log中读取：Zval
• QE安装
  • 安装前，首先部署好MPI并行环境（建议Intel oneAPI套装，oneAPI Base+HPC toolkit，参考）./configure会默认检测MPI并行环境，如果未检测到，则安装的是串行版
  • 下载qe-7.x安装目录并解压到指定目录

    ./configure # configure如有Error，先执行 make depend, or ./install/makedeps.sh
    make -jN all #指定N核编译，N为具体核数，建议4个，多核（如10个）编译似乎容易失败
                 #若编译时长时间停顿可能是外网问题导致无法下载依赖包，可手动下载后
                 #放在archive/下
    #make install 如果有root权限，可以把编译好的可执行文件添加至/usr/local/bin
    #测试
    cd  test-suite
    make run-tests-XX-parallel #run tests for XX={pw,cp,ph,epw,hp,tddfpt kcw} only

• 输入文件格式
  

  • &Keywords
    /

  • It is alternative to preserve the comma-separation of lines in sections such as the CONTROL, SYSTEM, and ELECTRONS cards. 
  • Comments符号用!
• gap体系Occupation建议使用fixed
• 加电场方法
  • tefield

    &CONTROL
      tefield  = .true.
      dipfield = .true.
    /
    &SYSTEM
      edir     = 3     ! The direction of the electric field or dipole correction
      eamp     = 0.001 ! Amplitude of the electric field(unit: a.u.,1 a.u. = 51.4220632*10^10 V/m = 51.4220632 V/A)
      emaxpos  = 0.99  ! 0 < eopreg < 1, Position of the maximum of the saw-like potential along crystal axis edir
      eopreg   = 0.01  ! 0 < eopreg < 1, Zone in the unit cell where the saw-like potential decreases
    /

     

    

    • emaxpos, eopreg and edir are the essential variables needed to define position and width of electric double layer giving the dipole correction.
    • The saw-like potential increases with slope eamp in the region from (emaxpos+eopreg-1) to (emaxpos), then decreases to 0 until (emaxpos+eopreg).
    • It is important that the change of slope, that is emaxpos, lies in the vacuum region and so must emaxpos+eopreg (the opposite charge) – otherwise the correction will not work.
    • It is better to have your system in the middle of the super-cell, and the vacuum region should be large enough so that you can make sure that your system lies between (emaxpos+eopreg-1) and (emaxpos+eopreg)
    • The position of the maximum of the sawlike potential within the unit cell ( emaxpos) should be in the middle of the vacuum region.
    • 在真空层中加入一个电偶极子，也就是引入一个沿着z方向（z是垂直表面方向，由edir设置）的锯齿形势能，这个势能在slab处上升，上升的梯度为电场强度eamp，在真空一个很小的宽度（eopreg）内下降，偶极矩的位置在edir方向电势下降区域 [QE实践详解]
    • eamp的正负号对应电场的正反方向，positive/negative eamp 的saw potential对比

• • lefield
  • esm_efield