1、Phonopy 是一個由 python 實現(xiàn)的晶體聲子分析程序。它是目前提供了 VASP 的 Wien2k 的接口用來計算原子受力。它的主要功能有：計算聲子色散譜；計算聲子態(tài)密度，包括分立態(tài)密度；聲子熱力學(xué)性質(zhì)，包括自由能，熱容量，焓；Phonopy 通過力常數(shù)的方法計算聲子譜。力常數(shù)由計算原子在超晶胞中被移動后的受力得到(Parlinsk-Li-Kawasoe 方法)。同樣類型的程序還有 phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商業(yè)軟件，賣的很貴，fropho 和 phonopy 的代碼其實都是來自于 phon, fropho 是為了代替 phon 而開發(fā)的，目的是

2、為了使用 phon 更方便，phon 和 fropho 主要都是由 fortran 開發(fā)的，而現(xiàn)在 fropho 已經(jīng)停止開發(fā)，由 python 開發(fā)的 phonopy 代替了 fropho, phonopy 在使用上更為方便，在計算量上更為減少。因為 phon, fropho 和 phonon 在移動原子位置時都是一次只移動一個原子的一個方向，而 phonopy 則可以一次移動一個原子的多個方向，所以和其它程序相比, phonopy 最多可以減少 2/3 的計算量。Phonopy是使用python以及C等高級語言編寫的用于計算聲子譜的程序，它可以很方便地在現(xiàn)有的unix或linux操作系統(tǒng)上

3、進(jìn)行安裝。它利用VASP等第一性原理計算程序來計算有限位移下的原子受力，然后利用phonopy程序處理原子受力獲得聲子譜。Phonopy使用python的matplotlib等工具包來繪圖，因此在使用Phonopy繪制聲子譜等圖形時，要求系統(tǒng)有圖形用戶界面，對于遠(yuǎn)程機(jī)器，需要安裝x-manager來獲得虛擬的圖形用戶界面，方法如下：在自己的pc機(jī)安裝windows版本的Xmanager（推薦使用Xmanager4或以上版本）。Xmanager安裝完成后啟動xstart設(shè)置，輸入登陸主機(jī)IP及賬號信息，點擊run以后會打開一個終端，在這個終端下運行命令即可繪圖工作流程Phonopy程序工作流程主

4、要分為前處理、力計算（VASP）或力常數(shù)計算（VASP-DFPT計算）、后處理三部分。輸入文件參數(shù)設(shè)定文件Phonopy中，輸入?yún)?shù)寫在一個文件里，然后通過命令phonopy xxx.conf傳輸給phonopy程序，該文件名可以是任意的（一般為xxx.conf，便于識別，如繪制聲子譜時參數(shù)設(shè)定文件命名為band.conf，繪制DOS時參數(shù)設(shè)定文件設(shè)定為dos.conf等）。常用參數(shù)如下ATOM_NAME 用于設(shè)定元素名稱，中間用空格隔開，注意順序與POSCAR中保持一致。示例：ATOM_NAME = Si OEIGENVECTORS邏輯變量，當(dāng)取值為.TRUE.時，程序?qū)⒂嬎闼斜菊黝l率對應(yīng)

5、的本征波矢（可以用來制作動畫），當(dāng)加入選項-p時，還會計算相應(yīng)的pDOS。MASS用來指定原子的質(zhì)量（同POSCAR中原子順序保持一致），一般可以不指定。示例：MASS = 28.085 28.085 16.000 16.000 16.000 16.000DIM用來指定生成超原胞的大小示例：-dim=”m n l”聲子譜計算相關(guān)參數(shù)BANDBAND_POINTS結(jié)構(gòu)文件（POSCAR）在phonopy中，結(jié)構(gòu)文件寫成VASP的POSCAR文件的格式，除了舊版本的POSCAR格式外，phonopy還支持VASP 5.X 的POSCAR格式，即在原子數(shù)之前增加一行指明元素類型如果改變該文件名，在讀

6、取的時候需要另行指定（例如改為POSCAR-unitcell，則在運行命令時需要加上選項-c POSCAR-unitcell）。注意：在指定實空間或倒空間中的坐標(biāo)時，可以采用分?jǐn)?shù)形式，但是在分?jǐn)?shù)線左右不能留有空格。力文件（FORCE_SET）該文件由phonopy根據(jù)力計算得到的vasprun.xml文件生成，生成命令為phonopy -f給出超原胞中原子發(fā)生有限位移產(chǎn)生的力的集合。每個超原胞中包含一個發(fā)生位移的原子。該文件的格式如下：第一行給出超原胞中的原子數(shù)，第二行給出需要計算的超原胞數(shù)目（每個超原胞中包含一個發(fā)生位移的原子），然后分塊寫出每個原子位移導(dǎo)致的力（每一塊包含一個超原胞中由于一

7、個原子發(fā)射位移導(dǎo)致所有原子收到的力），在每一塊中，第一行給出超原胞序數(shù)，第二行給出原子位移，然后依次給出各原子的受力。空行將被程序忽略。力和原子位移都采用笛卡爾坐標(biāo)。力常數(shù)文件（FORCE_CONSTANT）該文件由phonopy讀取dfpt計算得到的vasprun.xml生成，生成命令為phonopy fcBorn（可選）該文件和-nac以及-nac-old選項配合使用Format在該文件中，第一行的第一個數(shù)值為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，在VASP中，這一數(shù)值可能為27.21160.52918。第二個數(shù)值只有使用-nac_old選項的時候才會用到，它代表一個阻尼系數(shù)（默認(rèn)值為2.5），這個參數(shù)一般可以忽

8、略。第二行指定介電常數(shù)張量的九個分量，第三行，輸出文件Phonopy中的輸出文件band.yamlmesh.yamlqpoints.yamlthermal_properties.yamltotal_dos.dat 和partial_dos.dat具體步驟以VASP為接口，phonopy有兩種工作方式：一種是有限位移方法，即只利用VASP來計算力；另一種是DFPT（密度泛函微擾理論）方法，利用VASP計算得到Hessian矩陣（寫在vasprun.xml里），然后由phonopy讀取Hessian矩陣并生成力常數(shù)文件，由此可以計算出體系的聲子譜、頻譜態(tài)密度、熱力學(xué)性質(zhì)等。利用VASP計算力來獲得

9、聲子譜的步驟如下1. 準(zhǔn)備POSCAR文件，一般POSCAR中為一個單胞，然后運行命令phonopy -d -dim=”m n l”即可生成一個SPOSCAR文件，其中包含的結(jié)構(gòu)為由指定單胞擴(kuò)展得到的mnl的超原胞，此外還會生成disp.yaml以及POSCAR-number等文件，前者包含所有的位移信息，后者則表示發(fā)生不同位移的超原胞（文件名序號與disp.yaml中指定位移的順序一致）注意：由于phonopy生產(chǎn)超原胞和位移時沒有POTCAR文件，所以需要在POSCAR的第一行中依次指明各元素名，這與普通的POSCAR（第一行為注釋行）是不一樣的，而POSCAR也可以采用VASP5.2及以

10、上的寫法，即在晶格基矢后增加一行指明各元素名稱。2. 力計算，計算發(fā)生指定有限位移時的原子受力。在VASP中，直接采用POSCAR-number作為POSCAR計算每個指定位移下的原子受力?？梢詤⒖家韵碌腎NCARPREC = AccurateIBRION = -1ENCUT = 500EDIFF = 1.0e-08ISMEAR = 0; SIGMA = 0.01IALGO = 38LREAL = .FALSE.ADDGRID = .TRUE.LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.注意在計算中不要弛豫結(jié)構(gòu)（IBRION=-1，靜態(tài)計算）3. 后處理，主要分三步：利用力計

11、算中得到的力來計算力常數(shù)；利用力常數(shù)構(gòu)造動力學(xué)矩陣；利用動力學(xué)矩陣計算聲子譜（包括本征頻率及相應(yīng)的本征波矢）。在這一步開始前，可以準(zhǔn)備如下文件mesh.confATOM_NAME = Si ODIM = 2 2 3MP = 8 8 8運行命令phonopy -p mesh.conf 計算態(tài)密度運行命令phonopy -t mesh.conf 計算熱力學(xué)性質(zhì)（自由能單位J/mol，熵單位J/K/mol，熱容單位J/K/mol）運行命令phonopy t -p mesh.conf繪制熱力學(xué)相關(guān)參數(shù)（熱容、熵、自由能）隨溫度T（熱力學(xué)溫標(biāo)）變化的曲線利用VASP的DFPT方法計算聲子譜的步驟如下：1

12、. 建立初始結(jié)構(gòu)POSCAR（或其他指定的文件如POSCAR-unitcell）2. 運行命令phonopy d dim=m n l創(chuàng)建一個mnl的超原胞（存在SPOSCAR文件中）。在這一方法中POSCAR-number和disp.yaml都不會用到。3. 將phonopy創(chuàng)建的SPOSCAR復(fù)制到POSCAR中，運行VASP進(jìn)行DFPT計算（注意：VASP的DFPT只能計算點的力常數(shù)！是否有影響？），INCAR的參考設(shè)定為PREC = AccurateENCUT = 500IBRION = 8EDIFF = 1.0e-08IALGO = 38ISMEAR = 0; SIGMA = 0.1LREAL = .FALSE.ADDGRID = .TRUE.LWAVE = .FALSE.LCHARG = .FALSE.（注意：此處在INCAR中設(shè)定IBRION=8，根據(jù)VASP說明書，設(shè)定IBRION=7或8可以進(jìn)行DFPT計算并得到Hessian矩陣，但是只有在VASP5.1及更高版本中才可以進(jìn)行該計算）4. 確定VASP計算得到的vasprun.xml文件中包含Hessian 矩陣元素，