1、总体介绍
以钾元素为例，介绍ABACUS软件对于计算元素各性质的各种使用方法（收敛性测试、稳定结构计算方法、结构优化）。
2、 钾元素的背景知识
钾：化学符号为 K，原子序数为 19，原子量为 39.0983 u，位于元素 周期表第四周期 IA 族。1807 年，英国化学家戴维（Humphry Davy, 1778-1892）用电解法发现了钾元素。由于这种金属是从草木灰中制取 的，所以将它命名为"钾"。钾元素在自然界里仅以离子化合物存在，是 一种柔软的银白色碱性金属，硬 度 较 低 ， 可 被 小 刀 切 割 。 钾 的 密 度 0.862g/cm3 （ 293K ） ， 熔 点336K（63℃），沸点 1032K（759℃）。钾作为碱金属，其化学性质与钠十分相似。暴露在空 气中，表面迅速覆盖一层氧化钾和碳酸钾，使它失去金属光泽（表面显 蓝紫色）。钾的化合物在工业上用途很广。钾盐可以用于制造化肥及肥 皂。钾对动植物的生长和发育起很大作用，是植物生长的三大营养元素 之一。钾金属在工业上可作为较强的还原剂。钠钾合金在一些特殊冷却 设备中作为热传导的媒介。同时，钾作为人体必须的矿质营养元素，能 参与人体代谢，维持渗透压的作用。
三、DFT算法介绍
密度泛函理论（DFT）是一种研究多电子体系电子结构的方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。
密度泛函理论一般基于Kohn-Sham方法实现。Kohn-Sham方法是将服从多体哈密顿量的相互作用多体系统替换为另一个更容易求解的辅助系统。这样通过解一些容易解出来的方程可以得到原始的相互作用系统的基态密度和能量，结果的精度只受交换-关联泛函近似值的限制。
四、ABACUS计算方法介绍
1.晶体的收敛性测试
ABACUS的核心功能之一是电子自洽迭代计算（简称SCF）,在给定材料微观层面的晶胞和原子位置的条件下，我们可以通过 SCF 流程的计算获得电子结构的总能量、能级、电子波函数、电子密度等关键信息，这些信息可用于进一步计算得出材料体系的其它性质。
使用SCF计算时，一般需要 STRU、KPT、INPUT 三个最基本的文件作为 ABACUS 的基本输入文件。（平面波计算采用pw基组计算时，不需要原子轨道文件）
（1）STRU文件
STRU文件提供原子基本结构相关的信息。一般可以参考网上案例进行模仿修改，需要先下载对应赝势文件，可以从ABACUS官网上直接下载，也可以自己生成元素的赝势文件。
（2）KPT文件
KPT 文件提供周期性边界条件下布里渊区 k 点采样的网格设置
（3）INPUT文件
INPUT需要一些关键的计算参数，来进行相应的计算。 （4）计算步骤。在终端中输入mpirun -n 2 abacus，即可开始计算ecut的收敛性测试。
进行收敛性计算时，先测试不同ecut时，原子能量的收敛性，再测试k的值不同时，讨论收敛性。
一般认为ecut>80Ry时，可以认为体系总能量收敛（变化小于0.001eV）。
一般认为k>4时，可以认为体系总能量收敛（变化小于0.001eV）。
特别的，计算时间t随着k的增加会显著上升。
2.晶格结构优化，稳定结构计算方法。
与SCF几乎相同，结构优化也需要准备输入文件，包括INPUT：包含了计算过程中所需的各种参数，定义和控制计算任务； INPUT STRU KPT *.upf(赝势文件) *.orb（轨道文件） 对钾晶体的结构优化时，STRU和KPT文件和SCF一致，只需调整INPUT文件的代码，改成进行结构优化的计算参数即可。同样的，我们可以按照网上的案例修改可以直接得到INPUT文件
计算
在终端中执行OMP_NUM_THREADS=2 mpirun -n 2 abacus命令即可开始计算，输出文件储存在当前文件夹下的 OUT. 文件夹中，结构优化的收敛要求 一般是原子受力很小、体系的压强小 即平衡。
K的结构优化结果
在进行7次迭代之后，TOTAL−PRESSURE小于我们设置的阈值2KBAR，认为结构优化收敛，优化结束
优化结果如图
对KCl进行结构进行晶格结构预测
在进行37次迭代运算后：
TOTAL−PRESSURE小于我们设置的阈值2KBAR，认为结构优化收敛，优化结束。由于初始晶格位置设置的不够合理，收敛效果不能算特别好。
优化结果如图
ABACUS中可变单元格弛豫的当前实现遵循嵌套过程：首先进行固定单元格结构弛豫，然后更新单元格参数，重复该过程直到收敛 在上述嵌套过程中，我们使用了共轭梯度（CG）方法进行单元格弛豫，CG方法是最广泛使用方法之一。在其他情况下，也有其他不同的算法供选择。 若存在某个原子或分子的晶格结构很难预测，可以上可以上materials project上查一查，做一个合理的猜测再进行计算，可以节省大量计算时间。