USPEX 10.2 manual: 输入文件

3.1 输入文件

假设计算所在文件目录是/StructurePrediction，当运行USPEX时，这个目录下将会包含：

文件 INPUT.txt, 详见 4章节。
Subdirectory /StructurePrediction/Specific/ ，该文件夹里包含VASP或SIE-STA或GULP （etc.）等外部代码的可执行文件，这些文件以数字进行编码 - INCAR_1, INCAR_2, ...和赝势文件。
Subdirectory /StructurePrediction/Seeds，该文件中包含种子结构以及推荐/不推荐化学组分。其中列出了成分/反成分。种子结构以VASP5 POSCARS 格式书写并放置在POSCARS或者POSCARS_gen （gen是结构代数）文件中。化学成分文件compositions和Anti-compositions用来控制变成分计算。
Subdirectory /StructurePrediction/AntiSeeds - 你可以在这个文件夹中放置在计算中希望避免产生的结构。

Specific文件夹

经过数字标记的用于结构弛豫的可执行文件放在/StructurePrediction/Specific/文件夹。

对于VASP，文件INCAR_1、INCAR_2等定义了进行结构弛豫和总能计算的参数（我们推荐至少进行三次计算），相应的POTCAR_*等是赝势文件。例如，利用INCAR_1和INCAR_2在体积固定的情况下对结构的原子位置和晶胞常数进行粗略优化，INCAR_3是在恒定压力下以中等精度对结构进行充分地结构弛豫，INCAR_4是进行较为精确的结构优化。请记住，更高精度的结构弛豫均是基于上一步优化结果的。所预测材料体系包含的相关元素的POTCAR文件也需放在Specific/文件夹，比如 POTCAR_C、POTCAR_O等
对于SIESTA，你需要准备赝势文件和输入文件input_1.fdf、input_2.fdf等
对于GULP，你需要准备文件goptions_1、goptions_2...以及ginput_1、ginput_2...。前者定义优化性质，后者定义优化参数（原子间相互作用势、压力、温度和优化迭代次数等）。
对于DMACRYS，基本的控制参数需要写入fort.22文件；经典力场写入fit.pots文件；内部分子间的最大键长写入cutoff文件。
对于CASTEP，结构文件写入cell_1、cell_2等文件，而param_1、param_2等文件控制计算参数由。此外，还需要提供相应元素的赝势文件。
对于CP2K，用户需要提供正常的CP2K输入文件cp2k_options_1、cp2k_options_2等。在这些输入文件中，除了原子坐标和晶胞参数外，其它参数信息必须完整。原子坐标和晶胞参数会写在USPEX的INPUT文件的最后一行“&END FORCE_EVAL”。你需要对计算项目以USPEX文进行命名，这是因为USPEX运行时需要从USPEX-1.cell和
USPEX-pos-1.xyz文件中读取输出文件。和VASP类似，我们建议是至少进行三步弛 - 首先是固定晶格（仅优化原子位置），然后是充分的几何结构优化。
对于 Quantum Espresso，你需提供qEspresso_options_1、qEspresso_options_2等文件。在这些输入文件中，除了原子坐标、晶胞参数及 $k$ 点信息外，其它输入参数信息必须完整。原子坐标、晶胞参数及 $k$ 点信息会写在USPEX的INPUT文件中。我们建议进行多步弛豫。例如，利用qEspresso_options_1实现仅固定晶胞参数而优化原子位置的粗略计算，利用qEspresso_options_2基于一般精度条件在固定外压下进行结构弛豫，qEspresso_options_3是高精度的几何结构优化。

为了正确运行USPEX，你需要正确编辑Specific文件夹中的文件。在这里，我们以VASP作为例子：

你必须对最终的结构进行充分地几何结构优化弛豫并获得准确的总能。这样做的目的是确保结构间的能量排序是正确的（你可以查看输出文件E_series.pdf）。
正确准备POTCAR文件。
对每一个结构设置至少三步弛豫，即至少有三个INCAR文件：(INCAR_1、INCAR_2、 INCAR_3等。通常我们会进行4 - 5步弛豫。
通常，USPEX产生的初始结构并不是局域最优的。在这种情况下，利用INCAR_1, 2固定晶胞体积（ISIF=4）优化原子位置和晶胞形状，利用INCAR_3,4中进行充分地几何结构优化（ISIF=3），利用INCAR_5进行一次非常精确的单点能计算（ISIF=2，NSW=0）。 注意：当你固定晶胞进行结构预测时，或在进行进化赝动力学模拟（全结构弛豫除外）时，你必须在所有的INCAR文件中设置ISIF=2。
当晶胞体积固定时，你可以使用默认的平面波截断能。而当你在INCAR中使用ISIF=3，你必须将截断能增加30-40%，否则你会得到一个大的Pulay应力。同样的，收敛精度可以从低变高，例如：在INCAR_1中使用EDIFF=1e-2和EDIFFG=1e-1，然后逐步提高收敛精度，在INCAR_4中一般设置EDIFF=1e-4和EDIFFG=1e-3。为了保证对结构进行较为充分的弛豫，timesteps(NSW)要设置大一些；但也不能太大以避免在一些不好的结构上浪费太多计算时间。如果你的计算体系越大，NSW就应该越大。
选择一个有效的弛豫算法可以节省很多时间，在VASP中，我们推荐在开始弛豫时使用共轭梯度算法（IBRION=2，POTIM=0.02），而当结构接近局部最优时，可更改参数至IBRION=1和POTIM=0.3。
即使你研究的是绝缘体系，USPEX产生的许多构型将会是金属性的。所以为了得到好的预测结果，你必须对体系使用“金属化”处理（这对于金属和绝缘体同样适用）。因此，我们推荐ISMEAR=1。对于金属体系，使用ISMEAR=1，SIGMA=0.1-0.2。对于绝缘材料体系，我们推荐ISMEAR=1，SIGMA从0.1（INCAR_1）逐渐降至0.05。

这里，我们提供一个关于如何设置INCAR文件的示例。在该材料体系中，每个单胞中有16个C原子，默认POTCAR中的 ENCUT=400 eV：

INCAR_1:
    PREC=LOW
    EDIFF=1e-2
    EDIFFG=1e-1
    NSW=65
    ISIF=4
    IBRION=2
    POTIM=0.02
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.10

INCAR_2:
    PREC=NORMAL
    EDIFF=1e-3
    EDIFFG=1e-2
    NSW=55
    ISIF=4
    IBRION=1
    POTIM=0.30
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.08

INCAR_3:
    PREC=NORMAL
    EDIFF=1e-3
    EDIFFG=1e-2
    ENCUT=520.0
    NSW=65
    ISIF=3
    IBRION=2
    POTIM=0.02
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.07

INCAR_4:
    PREC=NORMAL
    EDIFF=1e-4
    EDIFFG=1e-3
    ENCUT=600.0
    NSW=55
    ISIF=3
    IBRION=1
    POTIM=0.30
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.06

INCAR_5:
    PREC=NORMAL
    EDIFF=1e-4
    EDIFFG=1e-3
    ENCUT=600.0
    NSW=0
    ISIF=2
    IBRION=2
    POTIM=0.02
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.05

设置进化赝动力学模拟文件（calculationMethod=META）与进行USPEX预测
（calculationMethod=USPEX）时基本一致。如果你想固定晶胞体积，你需要设置ISIF=2。如果需要进行充分地结构弛豫，你需要设置ISIF=3。如果你的设置如下：

% abinitioCode
1 1 1 (1 1)
% ENDabinit

那么这意味着在你的五个INCAR文件中，ISIF依次分别是“2 2 2 3 3”。

不同于USPEX，VC-NEB方法并不需要利用外部代码进行结构弛豫，只需要利用外部代码计算获得的力。以VASP的INCAR文件为例，我们需要设置NSW=0以避免结构弛豫，同时需要设置ISIF=2或者3获得原子上的力以及应力张量。我们建议设置PREC=Accurate从而对力和应力有一个好的估计以加速VC-NEB的计算。一个针对VC-NEB的INCAR文件例子如下：

INCAR_1:
    PREC=Accurate
    EDIFF=1e-4
    EDIFFG=1e-3
    ENCUT=600.0
    NSW=0
    ISIF=2
    IBRION=2
    POTIM=0.02
    ISMEAR=1
    SIGMA=0.05