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用ABACUS-ASE自动产生能带路径

ABACUS

ABACUS使用教程

中文

ABACUSABACUS使用教程中文

shimengchao@dp.tech

发布于 2023-08-23

推荐镜像 :ABACUS:3.3.2-user-guide

推荐机型 :c4_m8_cpu

数据集

abacus-band-path(v2)

用ABACUS-ASE自动产生能带路径

代码

文本

推荐镜像：abacus-user-guide:3.3.2
推荐计算资源：CPU
内容：本教程主要介绍如何用ABACUS-ASE自动产生能带路径。
使用方式：您可在 Bohrium Notebook上直接运行。您可以点击界面上方蓝色按钮 开始连接，选择 abacus-user-guide:3.3.2 镜像及c4_m8_cpu款节点配置，稍等片刻即可运行。如您遇到任何问题，请联系 bohrium@dp.tech 。
共享协议：本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。

代码

文本

本notebook改编自abacus使用指南，更多信息详见这里。

请注意：运行本notebook需要选择 Kernel为Bash

代码

文本

1. 安装ASE-ABACUS接口：

代码

文本

本镜像中已经提前安装好ASE-ABACUS接口，可以直接使用 自行安装可参考指令

git clone https://gitlab.com/1041176461/ase-abacus.git
cd ase-abacus
python3 setup.py install

代码

文本

2. python脚本

代码

文本

[1]

cd ~

cp -r /bohr/abacus-band-path-pzlw/v2 .

cd v2

BN_mp-1639_primitive.cif   STRU                     get_kpath.py
GaN_mp-804_primitive.cif   Si_mp-149_primitive.cif
MgO_mp-1265_primitive.cif  cif2STRU.py

代码

文本

产生K点路径的code

代码

文本

[2]

cat get_kpath.py

import os,glob
from ase.io import read, write
from pathlib import Path
from ase.calculators.abacus import Abacus,AbacusTemplate
from ase.geometry.dimensionality import (analyze_dimensionality,isolate_components)

####################################################################################################
# This script is used to generate KPATH for 2D and 3D materials automatically.
# Users should provide ABACUS STRU files in names of 'STRU_*'
# the directory of STRU files is specified by `stru_dir`
# The output KPT files are in name of KPT_STRU_* for each STRU_*, respectively.
# insert_num determine how many kpoints to be inserted between 2 high-symmetry points
# Author: Tianqi Zhao @2023/01/12
####################################################################################################

def write_kpt(f1=None,kpath=None,insert_num=10):
    num_highsym_kpt = 0
    kpt_new = []
    insert_list = []
    k_path = list(kpath.path)
    for i in range(len(k_path)):
        if (k_path[i] != ','):
            kpt_new.append(kpath.special_points[k_path[i]])
            if i == len(k_path) -1:
                insert_list.append(1)
            elif k_path[i+1] == ',':
                 insert_list.append(1)
            else:
                insert_list.append(insert_num)
    lines = []
    lines.append('K_POINTS')
    lines.append(f'{len(kpt_new)}')
    lines.append(f'Line')
    for i in range(len(kpt_new)):
        lines.append(f'{kpt_new[i][0]:0<12f} {kpt_new[i][1]:0<12f} {kpt_new[i][2]:0<12f} {insert_list[i]}')
    lines.append('')
    f1 = open(kpt_dir+'KPT_'+stru_name,'w')
    f1.write('\n'.join(lines))
    f1.close()

insert_num = 20
stru_dir = './'
kpt_dir = stru_dir
stru_files = glob.glob(stru_dir+'STRU_*')
stru_list = []
stru_dim = {}
atoms_dict = {}
for i in range(len(stru_files)):
    stru_list.append(stru_files[i].split('/')[-1])
    atoms_from_stru = read(stru_files[i],format='abacus')
    atoms_dict[stru_list[i]] = atoms_from_stru
    intervals = analyze_dimensionality(atoms_from_stru,method='RDA')
    #intervals = analyze_dimensionality(atoms_from_stru,method='TSA')
    m = intervals[0]
    m.dimtype
    stru_dim[stru_list[i]] = m.dimtype

for stru_name,dim_type in stru_dim.items():
    if dim_type == '3D':
        kpath = atoms_dict[stru_name].cell.bandpath(npoints=100)
        print(stru_name,dim_type,kpath)
        write_kpt(kpt_dir+'KPT_'+stru_name,kpath=kpath,insert_num=insert_num)
    elif dim_type == '2D':
        lat_length0 = atoms_dict[stru_name].cell.lengths()
        lat_length1 = []
        result = isolate_components(atoms_dict[stru_name],kcutoff=1.5)
        for dim,components in result.items():
            for atoms in components:
                lat_length1 = atoms.cell.lengths()
        for i in range(len(lat_length0)):
            lat_length0[i] = round(lat_length0[i],5)
            lat_length1[i] = round(lat_length1[i],5)
        pbc = []
        for i in range(len(lat_length0)):
            if lat_length0[i] in lat_length1:
                pbc.append(1)
            else:
                pbc.append(0)
        lat2d_pbc = atoms_dict[stru_name].cell.get_bravais_lattice(pbc=pbc)
        kpath2d = atoms_dict[stru_name].cell.bandpath(npoints=100,pbc=pbc)
        print(stru_name,dim_type,kpath2d)
        write_kpt('KPT_'+stru_name,kpath=kpath2d,insert_num=insert_num)

代码

文本

3. 流程

代码

文本

针对计算的体系，可以从数据库materials project下载对应的cif文件, 这里以Si、BN、MgO和GaN为例，cif文件提前在数据集中已下载好。

代码

文本

[4]

cat cif2STRU.py

from ase.io import read, write
from pathlib import Path
import sys

def cif2stru(cs_dir, cif):
    #cs_dir = '/root/v1'
    #cs_vasp = Path(cs_dir, 'Si_mp-149_primitive.cif')
    cs_vasp = Path(cs_dir, cif)
    cs_atoms = read(cs_vasp, format='cif')
    cs_stru = Path(cs_dir, 'STRU')
    pp = {}
    basis = {}
    write(cs_stru, cs_atoms, format='abacus', pp=pp, basis=basis)


if __name__=='__main__':
    os_dir = sys.argv[1]
    cif  = sys.argv[2]
    cif2stru(os_dir, cif)

代码

文本

将cif文件转为STRU，传入两个参数，第一个是路径名，第二个是cif文件名

代码

文本

[5]

python cif2STRU.py . Si_mp-149_primitive.cif

代码

文本

[6]

BN_mp-1639_primitive.cif   STRU                     get_kpath.py
GaN_mp-804_primitive.cif   Si_mp-149_primitive.cif
MgO_mp-1265_primitive.cif  cif2STRU.py

代码

文本

[8]

cp STRU STRU_Si

代码

文本

注意：计算能带路径往往仅限于晶体结构（结构高度对称且有序），对于非晶、液体、孤立分子往往对称性差，结构有序度很低，一般不计算能带，可以通过计算态密度来分析电子结构。本code只适用于二维/三维具有对称性的晶体结构能带计算，对于1维分子k点路径只需要0 0 0到0.5, 0 0，孤立分子用1 1 1。

代码

文本

[9]

python get_kpath.py && ls

STRU_Si 3D BandPath(path='GXWKGLUWLK,UX', cell=[3x3], special_points={GKLUWX}, kpts=[100x3])
BN_mp-1639_primitive.cif  MgO_mp-1265_primitive.cif  Si_mp-149_primitive.cif
GaN_mp-804_primitive.cif  STRU                       cif2STRU.py
KPT_STRU_Si               STRU_Si                    get_kpath.py

代码

文本

[10]

cat KPT_STRU_Si

K_POINTS
12
Line
0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 20
0.5000000000 0.0000000000 0.5000000000 20
0.5000000000 0.2500000000 0.7500000000 20
0.3750000000 0.3750000000 0.7500000000 20
0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 20
0.5000000000 0.5000000000 0.5000000000 20
0.6250000000 0.2500000000 0.6250000000 20
0.5000000000 0.2500000000 0.7500000000 20
0.5000000000 0.5000000000 0.5000000000 20
0.3750000000 0.3750000000 0.7500000000 1
0.6250000000 0.2500000000 0.6250000000 20
0.5000000000 0.0000000000 0.5000000000 1

代码

文本

类似地，我们可以产生其他体系的K点路径

代码

文本

[11]

python cif2STRU.py . BN_mp-1639_primitive.cif && cp STRU STRU_BN

python cif2STRU.py . GaN_mp-804_primitive.cif && cp STRU STRU_GaN

python cif2STRU.py . MgO_mp-1265_primitive.cif && cp STRU STRU_MgO

代码

文本

[12]

python get_kpath.py && ls

STRU_GaN 3D BandPath(path='GMKGALHA,LM,KH', cell=[3x3], special_points={AGHKLM}, kpts=[100x3])
STRU_BN 3D BandPath(path='GXWKGLUWLK,UX', cell=[3x3], special_points={GKLUWX}, kpts=[100x3])
STRU_Si 3D BandPath(path='GXWKGLUWLK,UX', cell=[3x3], special_points={GKLUWX}, kpts=[100x3])
STRU_MgO 3D BandPath(path='GXWKGLUWLK,UX', cell=[3x3], special_points={GKLUWX}, kpts=[100x3])
BN_mp-1639_primitive.cif  KPT_STRU_Si                STRU_MgO
GaN_mp-804_primitive.cif  MgO_mp-1265_primitive.cif  STRU_Si
KPT_STRU_BN               STRU                       Si_mp-149_primitive.cif
KPT_STRU_GaN              STRU_BN                    cif2STRU.py
KPT_STRU_MgO              STRU_GaN                   get_kpath.py

代码

文本

最后得到KPT_STRU_BN, KPT_STRU_MgO, KPT_STRU_GaN, 可以直接用于能带计算.

代码

文本

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