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理論到實踐：VASP+Phono3py計算Phonon Lifetime

來源：科學10分鐘時間：2021-08-17 21:20:04 瀏覽：6006次

在本文中，我們將介紹利用多體微擾理論計算聲子壽命與頻率的關系。聲子壽命可由聲子自能的虛部計算，將晶體勢能對原子位移做泰勒展開。利用其非諧性的三階系數（非諧部分的最低階系數）就可以計算聲子自能的虛部。晶體勢能哈密頓量的泰勒展開式可以寫成：

原子的位移操作符可以寫成：

哈密頓量的三階項可以用聲子生成和湮滅算符表示為：

根據費米黃金定律,聲子自能的虛部可以通過以上三階項得到，并寫成以下形式。

其中聲子的占據數為：

因此可以獲得聲子的線寬2Γ_λ(ω)，從而獲得聲子的壽命：

現在我們簡單理了一遍聲子的壽命怎么來的之后，我們可以通過程序VASP+Phono3py計算來計算聲子的壽命：

第一步用phono3py對單包進行擴胞并產生位移：

phono3py -d --dim="3 3 1" -c POSCAR-unitcell

第二步通過VASP設置IBRON=-1不讓離子移動，計算每個隨機生成的位移模型的力張量。

計算完畢后提取三階力常數：

phono3py --cf3disp-{00001..00550}/vasprun.xml

創建三階（非諧）力常數和二階（諧）力常數的hdf5文件，fc2.hdf5、 fc3.hdf5：

phono3py --dim="3 3 1"-c POSCAR-unitcell

計算聲子壽命：

phono3py --fc3 --fc2--dim="1 1 1" --mesh="19 19 1" -c POSCAR-unitcell --br

得到的kappa-m19191.hdf5文件，用以下命令處理可得聲子壽命隨頻率的分布圖：

phono3py-kdeplot kappa-m19191.hdf5

圖片的格式可以根據官網phono3py-kdeplot一些選項自己調整。

Reference：

[1]phono3py官網：http://phonopy.github.io/phono3py/install.html

[2]Togo, Atsushi; Chaput, Laurent; Tanaka,Isao (2015). Distributions of phonon lifetimes in Brillouin zones. PhysicalReview B, 91(9), 094306–. doi:10.1103/physrevb.91.094306.

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