本教程旨在帮助初学者快速掌握二维材料热电性质计算方法。欢迎广大学者阅览，如有错误请及时批评指正。教程包括：

结构优化

声子谱和声子态密度计算

从头算分子动力学（AIMD）计算

材料的能带结构（band structure）和态密度（DOS）计算

考虑自旋轨道相互作用（SOC）和范德瓦尔斯力（vdW）下材料的能带结构计算

弛豫时间的计算

热输运性质的计算

电输运参数和ZT值的计算

注：蓝色代表已经更新，请看上一期：天玑算-科研服务-独家 | （一）二维材料热电性质计算方法

天玑算科技，为科研助力。今天小天就为大家更新从头算分子动力学（AIMD）计算，材料的能带结构（band structure）和态密度（DOS）计算方法。

后续还会继续更新，敬请期待。制作烧脑，码字不易，还请大家多多点赞在看，转发分享哦。

三、Ab Initio Molecular Dynamics（AIMD）计算

在确认材料的动力学稳定性后，我们通过模拟计算AIMD来确认材料的热学稳定性。步骤如下：

第一步，准备输入文件INCAR,POSCAR,POTCAR,KPOINTS。POSCAR和计算声子谱时扩胞后的POSCAR一致就可以了，KPOINTS取1 1 1就行，INCAR设置如下（以300K为例）：

SYSTEM=AIMD

IBRION=0

NSW=1000       # 1000 step

LCHARG=.FALSE.

LWAVE=.FALSE.

TEBEG=300     # begin 300 K

TEEND=300     # end 300 K

POTIM=4     # 4 fs

SMASS=0

PREC=L

LREAL=.TRUE.

ALGo=Very fast

MAXMIX=40

ISMEAR=0

SIGMA = 0.05

NSIM = 4

LPLANE = .TRUE.

NPAR = 12

LSCALU=.FALSE.

其中TEBEG和TEEND分别代表起始温度和最终温度。运行结束之后，查看OSZICAR中的步数有没有1000步（检测有没有正常跑完）。总时间为POTIM*NSW=4 fs * 1000 = 4 ps 。

第二步，运行命令：grep 'F' OSZICAR > 300,将包含总能量的部分提取到文件‘300’里面，推荐用Notepadqq打开，打开后如图3所示：

图3

第三步，将图3中E0这一列的数据提取到Origin里当作y轴的数据，将数字0-4平分成1000份作为x轴的数据（根据INCAR中设置的POTIM=4，所以横坐标范围为0-4 ps）。做出在300K下结构总能量随时间的变化曲线如下：

图4

从图4中可以看到，在0.5 ps后总能量在一个常数上下波动

第四步，在VESTA中查看此温度下的输出文件CONTCAR，查看原子是否还在平衡位置附近以及键是否断裂，如果原子的结构保持的比较好，我们就可以确认：此温度下材料的热学稳定性很好，我们可以选取这个温度来研究材料的热电性质。

四、计算材料的能带结构和态密度

在确认材料的热力学稳定性后，我们开始计算材料的能带结构和态密度以便分析电输运性质，步骤如下：

（一）自洽计算

准备输入文件INCAR,POSCAR,POTCAR,KPOINTS。POSCAR用优化好的结构文件，POTCAR和KPOINTS和结构优化的时候一致，INCAR设置如下：

SYSTEM=consistent

ENCUT=500

PREC=Accurate

ISTART=0

ICHARG=2

ISMEAR=0

SIGMA=0.05

EDIFF=1E-4

EDIFFG=-1E-5

LWAVE=.FALSE.

LCHARG=.TRUE.

ALGO=Normal

LPLANE=.TRUE.

LREAL=.F.

同时顺便再进行一下高精度自洽计算，只需将K-mesh取的更密，即KPOINTS取的点数增加，比如45×45×1。高精度自洽生成的输出文件留着以便于后面计算热电参数。

（二）能带计算

将自洽计算的输入文件POSCAR,POTCAR和输出文件CHGCAR复制粘贴到一个新目录下，连同INCAR，KPOINTS执行能带计算操作，以PBE能带计算为例，INCAR设置如下：

SYSTEM=band

ENCUT=500

ISMEAR=0

SIGMA=0.05

PREC=Accurate

ICHARG=11

EDIFF=1E-04

EDIFFG=-1E-05

LORBIT=11

LWAVE=.FALSE.

LCHARG=.FALSE.

ALGO=Normal

LPLANE=.TRUE.

LREAL=.FALSE.

KPOINTS可以用vaspkit直接生成，将vaspkit执行程序拷贝到能带计算的文件夹下，依次运行: ./vaspkit→3→302,生成KPATH.in文件，（如图5），将KPATH.in重命名为KPOINTS，运行vasp，将得到的vasprun.xml文件导到P4VASP中查看结果，点击：Graph–>Export导出数据文件xx.dat，导入origin中绘图。

图5

对于HSE能带的计算，只需要对PBE能带计算的INCAR和KPOINTS增加两步处理（自洽计算相同）：

1.在INCAR中加入如下几行：

LHFCALC =.T.

HFSCREEN = 0.2

ALGO = ALL

TIME = 0.4

PRECFOCK = Fast

AEXX=0.25

LMAXMIX=4

2.在生成KPATH.in文件后，执行命令：/vaspkit→25→251→1→0.02→0.04，生成HSE计算所需要的KPOINTS（图6）

图6

其他步骤与PBE能带计算一致。

（三）态密度计算

将第一步自洽计算生成的CHGCAR和输入文件POSCAR,POSCAR,KPOINTS拷贝到新目录下计算态密度，INCAR设置如下：

SYSTEM=DOS

ENCUT=500

ISMEAR=-5

PREC=Accurate

ICHARG=11

LORBIT=11

NEDOS=3000

EMAX=6

EMIN=-6

LWAVE=.FALSE.

LCHARG=.FALSE.

ALGO=Normal

LPLANE=.TRUE.

LREAL=.FALSE.

计算完成后，用vaspkit进行后处理，处理过程如下（以Hf2Cl4为例）：./vaspkit→11→115→Hf→s→Hf→p→Hf→d→Cl→s→Cl→p       'Enter'生成PDOS_USER.dat文件（如图7），导入Origin中得到DOS图。

图7