Phonopy简介

由 python编译实现的晶体声子分析程序，是一款基于第一性原理进行声子计算的免费软件。它提供了 VASP 的 Wien2k 接口用来计算原子受力。同样类型的程序还有phon, fropho和phonon。其中，phonon是商业软件，费用较高；因此，有人基于phon的代码开发了fropho和phonopy。fropho是为了代替phon而开发的，目的是为了使用phon更方便。目前，fropho已经停止开发，由python开发的phonopy代替了fropho。phonopy在使用上更加方便，在计算量上更为减少。因为phon, fropho和phonon在移动原子位置时都是一次只移动一个原子的一个方向，而phonopy则可以一次移动一个原子的多个方向，所以和其它程序相比，phonopy最多可以减少2/3的计算量。

Phonopy主要功能

计算声子谱； 计算声子态密度，包括分立态密度； 晶体热力学性质，包括自由能，热容量，熵

Phonopy安装 / Ubuntu16.04

万能安装：

sudo pip install phonopy

或者：

sudo apt-get install python-devsudo apt-get install python-numpysudo apt-get install python-matplotlibsudo apt-get install python-lxmlsudo apt-get install python-yamlhttps://sourceforge.net/projects/phonopy/tar xvfz phonopy-1.11.2.tar.gzcd /home/..../phonopy-1.11.2sudo python setup.py install

注：若出现如下提示，执行

sudo apt-get install python-h5py

后重安装

错误提示：

/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/numpy/core/include/numpy/npy_1_7_deprecated_api.h:15:2: warning: #warning "Using deprecated NumPy API, disable it by " "#defining NPY_NO_DEPRECATED_API NPY_1_7_API_VERSION" [-Wcpp]#warning "Using deprecated NumPy API, disable it by " \^In file included from /tmp/easy_install-jdGNKr/h5py-2.7.1/h5py/defs.c:561:0:/tmp/easy_install-jdGNKr/h5py-2.7.1/h5py/api_compat.h:27:18: fatal error: hdf5.h: No such file or directory compilation terminated.error: Setup script exited with error: command 'x86_64-linux-gnu-gcc' failed with exit status

1. which phonopy  #安装好后 phonopy 的命令都在 bin 文件夹下

用phonopy算声子谱

第一步，准备输入文件INCAR KPOINTS POSCAR POTCAR

第二步，扩胞

phonopy -d --dim=’x y z’

(x,y,z 是三个方向的扩胞倍数) 。

程序运行后的界面如下图所示，生成一个SPOSCAR 文件，其中包含的结构为由指定单胞扩展得到的x×y×z 的超胞，此外还会生成disp.yaml 以及POSCAR-{number}等文件，前者包含所有的位移信息，后者则表示发生不同位移的超原胞（文件名序号与disp.yaml 中指定位移的顺序一致），此时为了便于区别，可以将原有POSCAR重命名为POSCAR-unitcell。

第三步，计算：这时，有两种方法来进一步计算声子谱，一种是有限位移法（引入位移，计算受力）；另一种是DFPT 方法。

A：有限位移法

在VASP 中，直接采用POSCAR-{number}作为POSCAR 计算每个指定位移下的原子受力，即做自洽计算，可以参考以下INCAR：

SYSTEM=ifcPREC=HighISTART=0ICHARG=2ISPIN=1NELM=60;NELMIN=4;NELMDL=-3EDIFF=1E-7ENCUT=500IALGO=38ADDGRID=TrueLREAL= .F.NSW=0IBRION=-1EDIFFG=-1E-7ISMEAR=0; SIGMA=0.01LWAVE=FLCHARG=F

接下来收集力常数，将vasprun.xml-0* （*对应每个POSCAR 的编号）复制到一个文件夹中，并执行

phonopy -f vasprun.xml-0*

即可得到FORCE_SETS文件，这个形式并不能作为ShengBTE 计算晶格热导率的输入文件。如果想得到二阶力常数FORCE_CONSTANTS文件要做进一步后处理。

准备文件band.conf：

ATOM_NAME = Ti O Zr #元素符号DIM = 5 7 1 #扩胞倍数BAND =0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 #声子谱高对称路径BAND_LABELS = G X S Y G  #高对称点FORCE_CONSTANTS = WRITE #写出二阶力常数矩阵

将FORCE_CONSTANTS 重命名为FORCE_CONSTANTS_2ND，即可用作ShengBTE 的输入文件。接下来执行

phonopy-bandplot --gnuplot >571.dat

即可得到声子谱数据，可以直接导入origin等绘图软件中作图。

每个原胞中有n个原子，那么一共有3n种不同频率模式。这3n个独立振动分为3n个支，其中如上图所示最下面的频率最低的3个支是声学支，其余3（n-1）支是光学支。

计算热力学性质（自由能——单位J/mol，熵——单位J/K/mol，热容——单位J/K/mol）

运行命令：

phonopy --dim='2 4 1' -t POSCAR-unitcell mesh.conf

绘制热力学相关参数（热容、熵、自由能）随温度T（热力学温标）变化的曲线

运行命令：

phonopy --dim='2 4 1' -t -p POSCAR-unitcell mesh.conf

mesh.conf为:

ATOM_NAME = Bi O Se    #元素符号DIM = 5 7 1        #扩胞倍数MP = 21 21 1       # 网格密度，二维材料第三边为1

B． DFPT 方法

将phonopy 创建的SPOSCAR 复制到POSCAR 中，运行VASP 进行DFPT 计算，

INCAR 可以参考以下：

YSTEM=ifcPREC=HighISTART=0ICHARG=2ISPIN=1NELM=60;NELMIN=4;NELMDL=-3EDIFF=1E-7ENCUT=500IALGO=38ADDGRID=TrueLREAL= .F.NSW=1IBRION=8EDIFFG=-1E-7ISMEAR=0;SIGMA=0.01LWAVE=FLCHARG=F

计算完成后，执行

phonopy --fc vasprun.xml

即可获得二阶力常数矩阵FORCE_CONSTANTS。

绘制声子谱：在参数设定文件band.conf 中设定

FORCE_CONSTRAINTS = READ

（或者在运行命令时加上选项--readfc），然后运行命令

phonopy --dim="x y z" -c POSCAR-unitcell band.conf

（如果原胞文件为POSCAR则不需指定）。之后计算与有限位移法一致。