关于针对CASTEP收敛问题的参数调试总结

大家好: 我根据自己在计算过程中遇到的收敛性的问题,做了一点关于CASTEP计算参数调试的总结。当然,这些只是我的个人心得体会,大家如果觉得有什么问题请提出指正,或是如果有自己独到的见解,请跟帖加上来,供大家一起学习提高。 如果计算在Max. cycle全部用完之后仍然不能收敛,要先查看一下.castep文件,如果能量比刚开始计算时有明显下降,而且震动幅度也明显减小,只是还没有降到收敛以下,那说明Max. cycle还不够,要增加这个数值。 但多数情况下,我们会发现,能量并没有比刚开始计算时的能量有明显下降,而是围绕着某个平均值在反复地震荡,而且震动幅度也没有减小。那说明是参数设定的问题,此时就算再怎么增加Max. cycle的数值,计算最终还是不会收敛的。 这个时候,最好是增加energy cutoff的数值,降低K point set的数值,增加smearing width数值(当然,如果通过调试前两个数值就可以使计算收敛的话,就最好不要动这个数值)。 再有,如果计算是使用的density mixing的话,那要将mix_charge_amp, mix_spin_amp的数值降低,将mix_energy_cutoff的数值增加到 energy cutoff 数值的3到4倍,增加mix_history_length的数值。 当然,如果调试上面的参数仍然发现收敛很辛苦的话,就将mixing scheme转成All Band/EDFT,这会解决收敛问题,但是计算时间将会是使用density mixing 计算所用时间的3倍以上。 1. 参数调试过于经验化,如果楼主能结合对程序原理的认识,或许能够把每个参数调节的意义给阐述的更为清晰些;从优化算法,体系特性,物理过程等方面着手来进行分析,或许可以得到更加全面的认识(如果楼主能够结合上述对CASTEP收敛进行详细的分析和总结的话,我会考虑接受楼主的文章,并且发表在小木虫计算与模拟研究RCS期刊上)。 2. 建议楼主在进行平面波DFT优化之前,通过其他的办法,比如经典力学优化以及DMol中局域波函数进行优化,这样的话,可以帮助castEP在最短的时间 其实在做收敛速度无非是两个目的:1,计算精度要高;2计算速度要快. 一般平面波程序,在计算精度上,主要需要测试ecut(倒空间的最大平面波截断, 理论上要求无穷大,因为那样基矢才是完备的.但实际上不需要,也做不到).还有就是k点取样.理论上要计算无穷个k点,但实际也不可能.我觉得应该先测试ecut,因为你首先要保证每个k点能量是正确的.然后再测试k点.其实到了,最后即使k点取的很大的时候,还是有很大的误差的,这主要来自于系统误差.所以有时候,会造成震荡的情况,这主要还是由于ecut太小,或者是有的k点根本就难以算准.这个时候,如无特殊需要,基本就认为它收敛了.除非你想要在0.1meV的误差. 但是根据我的想法,我就不认为它能将计算精度控制在0.1meV.即使收敛测试达到了.(当然,这是个人看法!) 第二,就是计算速度.因为目前DFT主要还是用自洽的方法,在理论上应该是用新的电荷密度等于旧的电荷密度,但实际上如果这样做,一是收敛很慢,二是容易形成震荡情形。一般的做法是rho_in=mix*tho_old+(1-mix)*rho_old。(具体到每个程序,肯定是做法不同了。)一般认为 mix=0.3比较合理。这样收敛的非常快。所以很多程序在测试各种mix的时候,就是在测试这个。 最后,选择合适的参数。在你所需要的精度范围内,最快的计算。我们的目的 Originally posted by gavinliu7390 at 2009-11-20 12 great! 其实在做收敛速度无非是两个目的:1,计算精度要高;2计算速度要快. 一般平面波程序,在计算精度上,主要需要测试ecut(倒空间的最大平面波截断, 理论上要求无穷大,因为那样基矢才是完备的.但实际上 ... 老大:“rho_in=mix*tho_old+(1-mix)*rho_old。” 这个时候,最好是增加energy cutoff的数值,降低K point set的数值,增加smearing width数值(当然,如果通过调试前两个数值就可以使计算收敛的话,就最好不要动这个数值)。” 我觉得不是减小K,而应当增加K 如果不是金属体系,调节smearing没有意义 Originally posted by xirainbow at 2009-11-20 15 引用:“围绕着某个平均值在反复地震荡,而且震动幅度也没有减小。 这个时候,最好是增加energy cutoff的数值,降低K point set的数值,增加 smearing width数值(当然,如果通过调试前两个数值就可以使计算收敛的 ... 我的意思是说减小K point set的数值,这样K点数量会增大,波函数数量也就 Originally posted by fo3mt2 at 2009-11-21 09 我的意思是说减小K point set的数值,这样K点数量会增大,波函数数量也就越多,计算精确度会增加。 Originally posted by aylayl08 at 2009-11-22 10 减小K point set的数值,怎么这样K点数量会增大呢? K point set参数的含义是每间隔多远的距离(单位是埃的负一次方)取一个K 点,也就是说,K point separation这个数值越小,K 格点的数量也就越多。 请参见Materials Studio中的Help-->CASTEP-->Dialogs in castEP-->Calculation dialog-->Electronic tab-->Electronic Options Originally posted by aylayl08 at 2009-11-22 10 减小K point set的数值,怎么这样K点数量会增大呢? 更正一下K point separation的单位是埃,并不是埃的负一次方。可能我没把握我的本意表达清楚。我是想说K点取得越密集,波函数数量越多,计算精确度 其次,smear的方法,每个软件使用的不太一样。的确,调节smear,实际属于技术问题。它实际是就是阶梯函数。通过调节smear,有时的确能改善收敛。但是,我所强调的是:一定要估计到系统误差。这个实际是很重要的。 最后,smear我觉得也是一个很复杂的东西,需要好好测试。它的物理意义,也 Originally posted by fo3mt2 at 2009-11-22 13 更正一下K point separation的单位是埃,并不是埃的负一次方。可能我没把握我的本意表达清楚。我是想说K点取得越密集,波函数数量越多,计算精确度也就越高,当然计算量自然也就加大,对系统资源的消耗也就越 ... 看来,因为我的不恰当描述使得很多人(专家xirainbow;版主aylayl08;实习版主:gavinliu7390;水月慧心)都对此进行了讨论。对此,我非常抱歉。 其实,简单来说,就是一句话,K point separation越小,K point number越大,计算精确度越高,对收敛也会有帮助。但是同时,计算量也就越大,计算时 Originally posted by fo3mt2 at 2009-11-20 1056: 大家好: 我根据自己在计算过程中遇到的收敛性的问题,做了一点关于CASTEP计算参数调试的总结。当然,这些只是我的个人心得体会,大家如果觉得有什么问题请提 出指正,或是如果有自己独到的见解,请跟帖加上来, ... 很多人说的收敛性测试,我还没咋懂,明天我去研究下下,希望能得到指点,具 Originally posted by fo3mt2 at 2009-11-20 1056: 大家好: 我根据自己在计算过程中遇到的收敛性的问题,做了一点关于CASTEP计算参数调试的总结。当然,这些只是我的个人心得体会,大家如果觉得有什么问题请提 出指正,或是如果有自己独到的见解,请跟帖加上来, ... 为什么我听到的收敛不了的话就降低精度,比如降低截断能,和你说的正好相反 conjugate-gradient minimization of each electronic state. You should only attempt to change these parameters if SCF convergence is very poor. Sometimes it helps to reduce the length of the DIIS history from the default value of 20 to a smaller value (5-7). It might also be helpful to decrease the mixing amplitude from the default value of 0.5 to 0.1-0.2.