VNL用作Quantum ESPRESSO的图形界面

在这个手册中，您将会学习到一些关于如何使用Virtual NanoLab作为建立和分析Quantum ESPRESSO计算的图形界面的基本知识。

概述

我们将会以块体硅为例，介绍如何用VNL创建结构和生成Quantum ESPRESSO（QE）的输入文件。
我们将运行这个计算并使用VNL分析结果。

提示

这个手册假定您已经获得了Quantum ESPRESSO软件，或者至少一个可以运行的 pw.x可执行文件。如果没有您可以从 http://quantum-espresso.org/download 处免费获得。或者有时也可以从几个Linux软件包管理工具处获得，比如这里可以找到Ubuntu相关的下载。

还可以参考

使用VNL和Quantum ESPRESSO计算硅能带结构和态密度，这是一个介绍性的手册，介绍例如计算和分析硅能带结构和态密度等更高级的内容。

使用VNL建立结构

打开VNL 通过点击 Create New 创建一个新项目。给项目命名（此处为：“Silicon_QE”）, 选择好将会存储信息的文件夹，然后点击 OK 并打开这个项目。

打开 Builder 并使用 Add中的 From Database 导入 Silicon (alpha) structure 到 Stash窗口。

导出Quantum ESPRESSO输入文件

右击 Stash中的Silicon (alpha)项目并选择导出；
进入合适的文件夹，在 Files of Type 下拉菜单中选择 Quantum ESPRESSO (*.in)*，并保存输入文件为”scf.in”。

打开一个命令窗口并进入包含输入文件的的文件夹。检查文件内容，它应当如下面所示。

&CONTROL
  calculation='scf',
  outdir='.',
  prefix='calc',
  pseudo_dir='$PSEUDO_DIR',
  verbosity='low',
  tstress=.false.,
  tprnfor=.false.,
/
 
&SYSTEM
  ibrav=2,
  celldm(1)=10.2623466921d0,
  nat=2,
  ntyp=1,
  ecutwfc=30.0d0,
  ecutrho=120.0d0,
  input_dft='LDA',
  occupations='smearing',
  smearing='gaussian',
  degauss=0.002000d0,
/
 
&ELECTRONS
  diagonalization='david',
  conv_thr=1d-06,
  mixing_mode='plain',
  mixing_beta=0.700d0,
/
 
ATOMIC_SPECIES
  Si 28.085500d0 Si.UPF
 
ATOMIC_POSITIONS {alat}
  Si   0.0000000000d0   0.0000000000d0   0.0000000000d0
  Si   0.2500000000d0   0.2500000000d0   0.2500000000d0
 
K_POINTS {automatic}
  1 1 1 0 0 0

提示

默认的输入文件包括一些QE自洽计算所需的基本设置和命令，但是在执行计算之前您需要进行几个修改。特别是需要指定赝势文件夹，而且您可能需要调整几个参数。

还可以参考

Quantum ESPRESSO网站提供所有输入文件中可能的设置的完整解释，可以在这里获取。

修改输入文件

首先我们需要赝势文件。到Quantum Espresso的赝势库并下载名为Si.pbe-n-rrkjus_psl.0.1.UPF的硅赝势，或者从这里直接下载。将它保存在包含scf.in的文件夹。
用你常用的编辑器打开scf.in文件，并进行如下修改：
- 将 outdir option 改为 outdir=’silicon’;
- 点击你的本地赝势：
- 将 pseudo_dir 选项改为 pseudo_dir=’.’;
- 将赝势名从 Si.UPF 改为 Si.pbe-n-rrkjus_psl.0.1.UPF;
- 将密度和势能截断值（单位是Rydbergs）从ecutrho=120.0d0增加为ecutrho=300.0d0（因为我们使用了一种超软赝势，而不是模守恒赝势）。
- 去掉20-22行。他们是用于设置电子占据的smearing选项，在半导体中无需考虑。
- 插入nbnd=10，以包含一些导带。
- 将交换相关密度泛函从input_dft=’LDA’变为input_dft=’PBE’。
- 将SCF收敛阈值从conv_thr=1d-06收紧为conv_thr=1d-08。
- 通过改变最后一行从111000到999000，将K点取样从1x1x1增加到9x9x9。

警告:

段落中行间的逗号分离非常重要，必须保留，例如CONTROL, SYSTEM,和ELECTRONS cards。这些段落中所有的行都需要以逗号结束，否则计算会出错。

您的 scf.in 输入文件应该如下面展示

&CONTROL
  calculation='scf',
  outdir='silicon',
  prefix='calc',
  pseudo_dir='.',
  verbosity='low',
  tstress=.false.,
  tprnfor=.false.,
/

&SYSTEM
  ibrav=2,
  celldm(1)=10.2623466921d0,
  nat=2,
  ntyp=1,
  ecutwfc=30.0d0,
  ecutrho=300.0d0,
  nbnd=10,
  input_dft='PBE',
/

&ELECTRONS
  diagonalization='david',
  conv_thr=1d-08,
  mixing_mode='plain',
  mixing_beta=0.700d0,
/

ATOMIC_SPECIES
  Si 28.085500d0 Si.pbe-n-rrkjus_psl.0.1.UPF

ATOMIC_POSITIONS {alat}
  Si   0.0000000000d0   0.0000000000d0   0.0000000000d0
  Si   0.2500000000d0   0.2500000000d0   0.2500000000d0

K_POINTS {automatic}
  9 9 9 0 0 0