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理论到实践：VASP+Phono3py计算Phonon Lifetime

来源：科学10分钟时间：2021-08-17 21:20:04 浏览：3690次

在本文中，我们将介绍利用多体微扰理论计算声子寿命与频率的关系。声子寿命可由声子自能的虚部计算，将晶体势能对原子位移做泰勒展开。利用其非谐性的三阶系数（非谐部分的最低阶系数）就可以计算声子自能的虚部。晶体势能哈密顿量的泰勒展开式可以写成：

原子的位移操作符可以写成：

哈密顿量的三阶项可以用声子生成和湮灭算符表示为：

根据费米黄金定律,声子自能的虚部可以通过以上三阶项得到，并写成以下形式。

其中声子的占据数为：

因此可以获得声子的线宽2Γ_λ(ω)，从而获得声子的寿命：

现在我们简单理了一遍声子的寿命怎么来的之后，我们可以通过程序VASP+Phono3py计算来计算声子的寿命：

第一步用phono3py对单包进行扩胞并产生位移：

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

第二步通过VASP设置IBRON=-1不让离子移动，计算每个随机生成的位移模型的力张量。

计算完毕后提取三阶力常数：

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

创建三阶（非谐）力常数和二阶（谐）力常数的hdf5文件，fc2.hdf5、 fc3.hdf5：

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

计算声子寿命：

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

得到的kappa-m19191.hdf5文件，用以下命令处理可得声子寿命随频率的分布图：

phono3py-kdeplot kappa-m19191.hdf5

图片的格式可以根据官网phono3py-kdeplot一些选项自己调整。

Reference：

[1]phono3py官网：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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