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晶格热导率 + 声子寿命计算流程（基于 phono3py + VASP）

Step 1：结构精细优化

目标：得到充分弛豫的晶体结构。
要求：能量收敛到 1e-8 eV 以上，力小于 1e-3 eV/Å。

📂 输入文件：

• POSCAR-unitcell：初始晶胞结构

• INCAR：

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

  SYSTEM = SiC relaxation ISTART = 0 ICHARG = 2 ENCUT = 500 PREC = Accurate EDIFF = 1E-08 ISMEAR = 0 SIGMA = 0.01 IBRION = 2 NSW = 100 EDIFFG = -1E-03 LREAL = .FALSE. LWAVE = .FALSE. LCHARG = .FALSE.

• KPOINTS：推荐 Monkhorst–Pack 网格，比如 6 6 6。

• POTCAR：元素对应的赝势。

📌 运行 VASP，最后得到优化后的 CONTCAR → 作为后续 POSCAR-unitcell。

Step 2：生成位移超胞

目标：生成有限位移所需的超胞。

1

phono3py -d --dim="2 2 3" -c POSCAR-unitcell

说明：

• --dim="2 2 3"：构造 2×2×3 的超胞。

• 输出：多个 POSCAR-xxx 文件，每个文件表示一个原子被轻微位移后的结构。

Step 3：计算力（VASP 批量计算）

目标：对每个位移超胞计算原子受力。

📂 输入文件（放在每个 POSCAR-xxx 目录里）：

• POSCAR ← 从 POSCAR-xxx 复制而来

• INCAR：

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

  ISMEAR = 0 SIGMA = 0.01 IBRION = -1 EDIFF = 1E-08 PREC = Accurate ENCUT = 500 IALGO = 38 LREAL = .FALSE. LWAVE = .FALSE. LCHARG = .FALSE. ADDGRID= .TRUE.

  （与声子谱有限位移计算相同，不让离子移动，仅计算力）

• KPOINTS：比如 4 4 4（根据超胞大小适当缩小 k 网格）。

• POTCAR：对应的赝势。

📌 每个目录运行 VASP，得到 vasprun.xml。

Step 4：提取力常数

收集所有 vasprun.xml 文件，提取二阶 & 三阶力常数。

1

phono3py --cf3 {00001..000xx}/vasprun.xml

• {00001..000xx}要包括所有的结构

输出：

• fc2.hdf5 → 二阶（谐）力常数
• fc3.hdf5 → 三阶（非谐）力常数

Step 5：计算晶格热导率

先对称化力常数并生成必要文件：

1

phono3py --dim="2 2 3" --sym-fc -c POSCAR-unitcell

再计算热导率（Boltzmann transport equation, RTA 近似）：

1

phono3py --fc3 --fc2 --dim="2 2 3" --mesh="20 20 20" -c POSCAR-unitcell --br | tee out.txt

说明：

• --mesh="20 20 20"：声子布里渊区网格（越大越精确，但计算量更大）。

• 输出：

  • kappa-m202020.hdf5 → 热导率和散射率数据
  • out.txt → 结果文本，最后部分是各方向的 κ（W/mK）。

Step 6：计算声子寿命

声子寿命与散射率信息已存储在 kappa-m202020.hdf5 中。

可视化：

1

phono3py-kdeplot kappa-m202020.hdf5

输出：

• 图像文件（显示声子寿命分布 vs. 频率）。

✅ 最终产物

1. 热导率 κ(T) from out.txt 和 kappa-m202020.hdf5
2. 声子寿命分布 from phono3py-kdeplot

参考

[1] https://mp.weixin.qq.com/s/6vISOZp7NLFqfWSfYcT2Tg