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小谈CASTEP(Linux), MS-CASTEP, VASP软件区别

已有 6820 次阅读 2020-6-21 05:57 |系统分类:科研笔记| VASP, CASTEP

作者:Zhang Zhaofu

以下是结合个人使用软件经验,做的一点分享,未必准确可靠,欢迎交流。如有任何错误信息,欢迎及时联系我做修改。希望转载注明源出处:http://blog.sciencenet.cn/blog-2686986-1238701.html

对于VASPCASTEP这两大主流第一性原理计算软件,网上已经有很多介绍、经验贴、教程、脚本分享,这里不加赘述。想了解更多,欢迎关注“学术之友”“ VASPKIT”等微信公众号,以及添加VASPKIT FAQs(331895604), DFT计算之家(364586948), 理论计算化学研习社(905699144)等科研QQ群讨论交流。

对于CASTEP,有基于Linux系统的CASTEP (简称CASTEP(Linux)吧),也有Material Studio 软件嵌入的CASTEP模块(简称MS-CASTEP吧),在我看来,他们是很不一样的两个软件:

1. CASTEP(Linux)现在学术免费,可以向官方申请得到的比较新的版本(CASTEP19),而MS-CASTEP据我所知里面的CASTEP模块是比较老的版本(具体哪个版本不确定)。并不是意味着你用MS2017软件,那就是对应CASTEP-2017。新版本在效率、精度等肯定更方便。

2. CASTEP(Linux)使用起来跟VASP一样,在Linux 系统,命令行模式,输入参数全部可见,输入文件为<seed name>.cell, <seed name>.param文件。在linux系统下,方便实现脚本批处理job等基本操作;因为可见全部参数,所以更加方便修改参数:比如设置并行效率,设置输出信息等,选择是否读取一个已经有的波函数(.check),杂化泛函设置细节等,这些据我所知在MS-CASTEP是不方便自主选择的。

同理,输出文件都在服务器里面,CASTEP(Linux)可以适合自己写代码/用现成代码做更多分析;以及可以自主决定保存哪些文件,下载哪些文件。

注1:cell .param可以直接MS建模完成后,通过save files得到,但是要改一些细节才能更高效在Linux中运算。

2: 可以从CASTEP官网http://www.castep.org/CASTEP/Documentation 看Tutorial,Workshop资料,关键词用法,和其他有用信息。

注3:简单列举几个参数

xc_functional : PBE 或者 xc_functional : SHF-LDA  选择用PBE或者SX functional

opt_strategy : Speed 可以一定程度加速计算

geom_method : TPSD 或者 geom_method : BFGS 用TPSD 或者BFGS的优化算法,前者速度快,但是收敛性不如BFGS (类似VASP的 IBRION=2 or =1选择不同优化算法)

metals_method : dm or metals_method : EDFT: 用Density mixing or EDFT做电子迭代。前者速度快,但是某些时候不能收敛;后者收敛性非常好,但是慢。在杂化泛函时候大多都要用EDFT。

3. MS-CASTEP是图形化GUI界面,方便初学者上手,但是过度依赖MSGUI界面会束缚手脚,限制自己。而且MS-CASTEPanalysis功能有限,比如就不能做projected bands 分析等。虽然可以在MS中用Perl编程语言实现批处理,但是依然相比起Linux下批处理略麻烦一些。

4. CASTEP(Linux)有更灵活的赝势选择空间,除了自带的赝势,还可以用OPIUM等软件自己generate potential,也可以用QE软件支持的一些UPF potential等,也可以on-the-fly 产生。对做赝势开发的研究人员比较友好。

5. CASTEP(Linux)因为在服务器运行,自然是可以实现多核并行计算。而MS-CASTEP大概率只能在个人电脑运行,效率低。(顺便友情帮忙打个广告,并行公司的超算平台有技术在服务器安装MS,然后跟个人的电脑MS做对接,实现在win交任务,在服务器跑程序,详情可以去上述群里面问并行科技工作人员

再说下CASTEPVASP的使用比较:

1. 单从软件上手、使用、分析数据角度,毫无疑问是VASP更方便,这得益于王伟老师等人开发的VASPKIT等一系列软件,以及VTST 等众多脚本,以及刘锦程博士、李强博士、唐刚博士等人写的无数教程帮助。在这些资料帮助下,VASP更加容易上手甚至深入。 即便CASTEP也有软件自带的脚本、以及网上一些课题组、个人在GitHub分享的脚本,但是方便性比起VASP依然略差。

2. 从计算赝势选择角度,CASTEP是比VASP友好很多。VASP只有PAW赝势(虽然也有ultrasoft, LDA赝势,但是现在用的毕竟少很多);而CASTEP除了有ultrasoft,还有norm-conserving,还可以自己通过OFT 产生,通过OPIUM产生,甚至可以用QEUPF potential,整体来说更灵活。

3. 使用细节比较,感觉VASP有些时候存在less convergence,即从代码运行角度,VASP认定的一些收敛模型,未必是精确的,而CASTEP的收敛性会更好。但是这意味着同样的模型,即便是相同的收敛标准,CASTEP会比VASP慢,甚至某些时候是明显慢。举例来说,对结构优化,VASP中要么能量收敛(EDIFFG为正数)要么力收敛(EDIFFG为负数)CASTEP中是同时满足能量、力、位移三个标准(geom_energy_tol geom_force_tolgeom_disp_tol)才是收敛。

注:这一点仅是个人看法,未必正确,如有不对,欢迎批评指正,我及时修改。

4. CASTEPscreening exchange(SX)杂化泛函是非常好的,非参数依赖,对于绝大部分的半导体绝缘体都可以直接计算得到跟实验值吻合较好的gap,不需要类似HSE调节HF mixing fraction来调节gap。在很多时候有非常好的优势,比如做异质结性质计算,可以满足两侧同时计算准确。而HSE中在同一个模型下(不论是bulk还是interface等)只能有一个HF fraction,也会在某些时候存在不足(比如界面模型很难把两侧同时算准)。不过SX计算非常慢,大致比HSE5-10倍。

这里给自己的一个小文章打个广告,讲了对异质结能带对齐计算的一个算法,一定程度上可以克服纯HSE或者纯SX在界面计算中的不足。这个工作依然有很多不足,其主要目的是为以后的界面计算算法提供一个新思路。欢迎批评指正:

Hybrid band offset calculation for heterojunction interfaces between disparate semiconductors Appl. Phys. Lett. 116, 131602 (2020)

 

关于CASTEP(Linux), MS-CASTEP, VASP软件比较,暂时就想到这么多。最后总结下,我认为每个软件都各有特点,不能说哪个好哪个差,只能说哪个更适合自己,哪个暂时更方便。



写过的其他博文链接: 

表面界面建模要点/经验小结 Summary about surface/interface modeling

半导体异质结能带对齐介绍/Introduction about semiconductor band alignment



https://wap.sciencenet.cn/blog-2686986-1238701.html

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3 唐刚 高志斌 刘默寒

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