[Python知识库] 用VASP+VTST计算Raman光谱（抛砖引玉）

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[Python知识库]用VASP+VTST计算Raman光谱（抛砖引玉）

鉴于目前没有找到很好的，很完整的教程由A到Z介绍如何用VASP计算Raman光谱。可能有干货的大神都留着自己用

摸索了一会儿找到了以下其中一个??方法，如果大神有补充或者纠正，欢迎留言

pre-requests:

VASP 和 VTST 安装好，没有的可以参照一下这篇文章
将会用到VTST scripts里面这两个code：dymselsph.pl, dymmatrix.py
会用最基本的vasp
安装好python
把github上的raman-sc下载下来，用python3.6的可以用知乎上这位大神的code。或者其实就是把原作者的code，vasp_raman.py里面的print都加上括号就可以用了
最重要的是根据原作者issues里面的这个问答，加上：

except:
    from lxml import etree
    doc = etree.parse('vasprun.xml')
    values = [c.text for c in doc.xpath("/modeling/calculation/varray"[3].getchildren()]



# 修改以后如下
if "MACROSCOPIC STATIC DIELECTRIC TENSOR" in line:
    outcar_fh.readline()
    try:
        epsilon.append([float(x) for x in outcar_fh.readline().split()])
        epsilon.append([float(x) for x in outcar_fh.readline().split()])
        epsilon.append([float(x) for x in outcar_fh.readline().split()])
    except:
        #以下是预防在OUTCAR里找不到MACROSCOPIC STATIC DIELECTRIC TENSOR
        #或者有时候OUTCAR里出现了一连串超大数字和负号， 把两个数连起来了。例如
        #1287356918273.125234-12345.3453，上面那个float（x）函数看不懂。
        #程序就会直接去vasprun.xml找。 所以如果加了这句会报错找不到lxml的同学，
        #就用`conda install -c anaconda lxml`装上就好

        from lxml import etree
        doc = etree.parse('vasprun.xml')
        values = [c.text for c in doc.xpath("/modeling/calculation/varray"[3].getchildren()]
    return epsilon

?最初的两个文件夹会有这些文件：

- folder_vasp_raman
|-INCAR
|-KPOINTS
|-POTCAR
|-POSCAR
|-vasp_raman.py
|-no_scheduler.sh  #用来交作业
|-gnuplot.sh  #plot图
-folder_phonon
|-INCAR
|-KPOINTS
|-POTCAR
|-POSCAR

上面的准备好以后，具体操作顺序如下（想抄作业的同学用我的code）：

你需要vasp最基本的INCAR,POSCAR（或者你有自己的.cif可以用pymatgen或者VESTA转换成POSCAR）, POTCAR, 和KPOINTS文件。两个不同的INCAR放在两个不同的文件夹。整个过程有两大步骤。原作者的范例，两个文件夹是一个套一个的，其实没什么关系可以平行放
第一大步计算phonon：1）创建一个文件夹用作phonon计算，暂且命名phonon
```
$ mkdir phonon
$ cd phonon
```
2)放入POSCAR，POTCAR，KPOINTS，和第一个INCAR（这个是原作者的INCAR）。两个INCAR之间的主要区别在这几行（每一个参数代表算什么，强烈推荐看vaspwiki，最好的教科书）：

# 在phonon里面得把这几行 comment in
! phonons
ICHAIN = 1      ! Run the dynamical matrix code
! IMAGES = M     ! Number of parallel images, if desired as in step 2 above; otherwise, do not add.
NSW = 25        ! (DOF/M)+1   Number of ionic steps
IBRION =   3    ! Tell VASP to run dynamics,
POTIM  = 0.0    ! with a time step of zero (ie, do nothing)
ISYM = 0        ! Make sure that symmetry is off,
EDIFFG = -1E-10 ! and that vasp does not quit due to low forces

#然后在第二大步的时候把这几行 comment out，像这样
! phonons
！ICHAIN = 1      ! Run the dynamical matrix code
! IMAGES = M     ! Number of parallel images, if desired as in step 2 above; otherwise, do not add.
！NSW = 25        ! (DOF/M)+1   Number of ionic steps
！IBRION =   3    ! Tell VASP to run dynamics,
！POTIM  = 0.0    ! with a time step of zero (ie, do nothing)
！ISYM = 0        ! Make sure that symmetry is off,
！EDIFFG = -1E-10 ! and that vasp does not quit due to low forces

#那个IMAGES是管平行计算的，只在单机电脑不是HPC玩一下的同学可以不用管

3)用VTST里面的dymselsph.pl码计算DISPLACECAR：

$ perl <path to>/vtstscripts/dymselsph.pl POSCAR 8 3 0.001 #<path to>自己改成到.pl文件# 的地方就是了
# 其中8是以第几个原子为中心
# 3是半径范围可以自己调，目的是是让这个code找到在这个半径范围找到所有原子
# 0.001是resolution <调过这个参数，对最后的光谱好像没有很大影响，大神可以留留言>

输出如下：

----------------------------------------------------------------------
Using 1 central atom
Central Coordinates: 0.6666669999999968 0.3333330000000032 0.3506900000000002 
Central atom 1: 0.6666669999999968 0.3333330000000032 0.3506900000000002 
----------------------------------------------------------------------
8 atoms were found within a radius of 3.87 of atom 8, 
leading to 24 degrees of freedom selected.
----------------------------------------------------------------------

?4）mark下这个degrees of freedom(DOF), 去把INCAR里面的NSW改了。根据要求例如DOF=24，不平行运算，那么NSW就是DOF+1，NSW=25

?5)然后就是运行vasp：

```
$ mpirun -np 4 vasp_vtst_std
```
6)结束以后用VTST script里面的dymmatrix.py，创造freq.dat, modes_sqrt_amu.dat force_constants.dat effective_masses.dat...

$ python <path to>/vtstscripts/dymmatrix.py DISPLACECAR OUTCAR

然后是第二大步：1）把第一步的结果 *.dat和CONTCAR 复制到另外一个文件夹：

$ cp *dat ../ && cp CONTCAR ../POSCAR.phon #在名为phonon那个folder里运行

# !!!!注意原作者的.phon是前一步的结果， 根据知乎大神

?2) cd到另外一个文件夹

3）像第一步里面comment out第一步的东西和把LEPSILON = .TRUE.，这样vasp就会算static dielectric matrix，改完如下（抄作业的同学把INCAR-outside改名为INCAR就好）

! phonons
！ICHAIN = 1      ! Run the dynamical matrix code
! IMAGES = M     ! Number of parallel images, if desired as in step 2 above; otherwise, do not add.
！NSW = 25        ! (DOF/M)+1   Number of ionic steps
！IBRION =   3    ! Tell VASP to run dynamics,
！POTIM  = 0.0    ! with a time step of zero (ie, do nothing)
！ISYM = 0        ! Make sure that symmetry is off,
！EDIFFG = -1E-10 ! and that vasp does not quit due to low forces

LEPSILON=.TRUE.
ISYM=0

4) 打开freq.dat，那些标着1的都是振模的虚部，mark一下有多少虚部和多少实部，然后去no_scheduler.sh或者其他用HPC slurm交作业的到.slurm文件里改那个VASP_RAMAN_PARAMS参数

export VASP_RAMAN_PARAMS='4_24_2_0.01'

# 抄作业的同学看我的no_scheduler.sh里面
# 4可以换成freq.dat里面的虚部
# 24换成最后一个振膜，例如有24行
# 2不能改，原作写到只支持second derivative
# 0.01是resolution，可选改

5）最后就是交作业

```
# 记得根据你自己的电脑改 export VASP_RAMAN_RUN='mpirun -np X vasp_vtst_std'里的X
$ bash no_scheduler.sh
```
结果在vasp_raman.dat里，计算的是峰值和位置，如果要把它变得像光谱一点?

6）plot光谱就参照我的gnuplot.sh或者原作者另外一个文件夹里的broaden.py加上个lorentzian（做实验的知道raman光谱一般用lorentzian来fit而不是gaussian）
大功告成！