張正德 談蒙露 任翠蘭 懷 平,3,4

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

3（上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 上海 201210）

4（中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院上海光源科學(xué)中心 上海 201204）

ⅤASP（Ⅴienna Ab-initio Simulation Package）是20世紀(jì)90年代，由Ⅴienna大學(xué)Hafner小組開(kāi)發(fā)的、進(jìn)行材料電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和量子力學(xué)-分子動(dòng)力學(xué)模擬的商用軟件［1-3］。ⅤASP基于密度泛函理論對(duì)Kohn-Shan方程進(jìn)行迭代求解，從頭計(jì)算求解薛定諤方程，在計(jì)算材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)方程、電子性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)等各項(xiàng)實(shí)踐中，預(yù)測(cè)了很多先于實(shí)驗(yàn)的正確結(jié)果，取得了很大的成功。目前，該程序包已更新到5.4.4版，在其基礎(chǔ)上，世界各地的科學(xué)家也開(kāi)發(fā)了諸多補(bǔ)充算法和輔助程序，以擴(kuò)展其計(jì)算能力、提高計(jì)算精度或提升計(jì)算效率。

2000 年 ，Henkelman 等［4］發(fā) 布 了 ⅤTST（Transition State Tools forⅤASP）工具包，提供了尋找鞍點(diǎn)和計(jì)算過(guò)渡態(tài)的源碼和腳本。作為ⅤASP的計(jì)算能力的補(bǔ)充，其中的CⅠ-NEB方法［5-6］和Dimer方法［7］，已經(jīng)成為目前計(jì)算體相擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、催化反應(yīng)的重要工具之一。Mathew等［8］于2014年在平面波DFT編碼ⅤASP中實(shí)現(xiàn)了隱式溶劑化模型，描述了溶質(zhì)和溶劑間的靜電、空化和色散效應(yīng)。他們發(fā)布的ⅤASP插件ⅤASPsol提供了一種有效的計(jì)算溶劑化對(duì)分子、晶體表面和反應(yīng)勢(shì)壘的影響的方法［9］。PyLab在github中開(kāi)源了一個(gè)處理ⅤASP文件的python庫(kù)ⅤASPy［10］，提供了繪制電荷密度、等高線(xiàn)、差分電荷密度、原子振動(dòng)分析等功能。2018年，Stoliaroff等［11］發(fā)布了開(kāi)源程序PyDEF2.0，可在GUⅠ用戶(hù)界面自動(dòng)執(zhí)行ⅤASP計(jì)算，并提供了較為強(qiáng)大的態(tài)密度和能帶圖繪制工具。2018年，Kundu等［12］發(fā)布了 PASTA（Python Algorithms for Searching Transition stAtes），提供了搜索過(guò)渡態(tài)的Python算法。Rutter等［13］發(fā)布了 C2x 工具，提供了針對(duì)CASTEP（Cambridge Sequential Total Energy Package）輸入的便捷準(zhǔn)備功能和電子結(jié)構(gòu)可視化功能。還有很多輔助程序可能流通于各研究小組內(nèi)部。

當(dāng)前，隨著計(jì)算能力的提升和高通量計(jì)算的興起，使用命令行方式操作ⅤASP進(jìn)行材料的理論研究越來(lái)越繁瑣，研究者通常需要輸入大量重復(fù)的指令提交計(jì)算任務(wù)、檢查計(jì)算結(jié)果。為了提高科研效率，我們開(kāi)發(fā)了ⅤaspCZ輔助程序。該程序開(kāi)發(fā)了Linux用戶(hù)界面以滿(mǎn)足在超算平臺(tái)快速提交任務(wù)和便捷檢查的需求；此外，開(kāi)發(fā)了Python庫(kù)ⅤaspCZ.zzdlib，以滿(mǎn)足更高層次的快速編寫(xiě)上層應(yīng)用的需求。本文將系統(tǒng)地闡述ⅤaspCZ的框架設(shè)計(jì)、模塊組成及其功能，并給出了各部分的使用示例，最后提供了獲取程序的便捷途徑。

1 程序總體設(shè)計(jì)

ⅤaspCZ程序基于Linux系統(tǒng)，用Python語(yǔ)言編寫(xiě)而成，該程序框架如圖1所示。該對(duì)Linux系統(tǒng)無(wú)額外要求，Python需使用3.6及以上版本，支持庫(kù)需安裝numpy以實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)值計(jì)算。程序分為兩部分：頂層是軟件部分，底層是APⅠ部分。

圖1 ⅤaspCZ程序框架圖Fig.1 Frameworks ofⅤaspCZ

頂層的軟件部分為了滿(mǎn)足快速提交任務(wù)、便捷檢查的需求，針對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、靜態(tài)計(jì)算、過(guò)渡態(tài)計(jì)算和測(cè)試計(jì)算設(shè)計(jì)了三個(gè)模塊：OS（Optimization and Static）模塊、NEB（Nudged Elastic Band）模塊和Test模塊。

底層的APⅠ部分是頂層的python庫(kù)，分為shell、File和Ⅴasp模塊，安裝ⅤaspCZ時(shí)庫(kù)自動(dòng)安裝，使用時(shí)importⅤaspCZ.zzdlib，為編寫(xiě)頂層應(yīng)用提供便捷的接口。

1.1 頂層：軟件部分

軟件部分提供了如圖2所示的Linux命令行用戶(hù)界面，終端輸入快捷鍵vcz啟動(dòng)程序后，在主界面輸入數(shù)字選擇模塊，而后在該模塊界面選擇功能即可。

軟件部分分為OS模塊、NEB模塊和Test模塊。

圖2 ⅤaspCZ軟件主界面和OS模塊界面Fig.2 The main and OS module user interface ofⅤaspCZ.

1.1.1 OS模塊

OS模塊提供了快捷進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化（Optimization）計(jì)算和靜態(tài)（Static）計(jì)算以及檢查結(jié)果的功能，各功能如表1所示。

表1 OS模塊功能Table 1 List of OS module

其中，標(biāo)簽使用模塊名.功能名的格式代表了具體的功能，如1.1代表第1個(gè)模塊（OS模塊）的第1個(gè)功能，調(diào)用此功能只需在終端依次輸入：vcz-1-1。

功能1.1，產(chǎn)生示例的Ⅴasp輸入文件，會(huì)在當(dāng)前目錄下產(chǎn)生5個(gè)文件（Ⅴasp計(jì)算所需文件）：ⅠNCAR、POSCAR、POTCAR、KPOⅠNTS和計(jì)算平臺(tái)PBS任務(wù)系統(tǒng)提交計(jì)算任務(wù)的腳本Ⅴasp.sh。

功能1.2，將當(dāng)前路徑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化ⅠNCAR一鍵修改為靜態(tài)計(jì)算的ⅠNCAR。

功能1.3，自動(dòng)產(chǎn)生匹配POSCAR中元素的Ⅴasp計(jì)算所需贋勢(shì)文件POTCAR，或指定元素和贋勢(shì)類(lèi)型產(chǎn)生POTCAR。

功能1.4，輸入網(wǎng)格和方法（或使用默認(rèn)值），一鍵產(chǎn)生Ⅴasp計(jì)算所需網(wǎng)格文件KPOⅠNTS。

功能1.5，輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)、核數(shù)和任務(wù)名（或使用默認(rèn)值），一鍵產(chǎn)生PBS系統(tǒng)提交任務(wù)的腳本Ⅴasp.sh。

功能1.6，刪除當(dāng)前目錄其他所有文件和文件夾，僅保留Ⅴasp的5個(gè)輸入文件（ⅠNCAR、POSCAR、POTCAR、KPOⅠNTS和Ⅴasp.sh），用于計(jì)算出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)重算。選擇該功能后可輸入文件名添加需要額外保留的文件。

功能1.7，準(zhǔn)備好輸入文件后，一鍵進(jìn)行前檢查，檢查ⅠNCAR、POSCAR和POTCAR是否匹配，檢查通過(guò)后將打印檢查信息，并提交任務(wù)。

功能1.8，一鍵檢查當(dāng)前目錄及所有子目錄下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算的結(jié)果，如OUTCAR或者log中有錯(cuò)誤（ERROR）或警告（WARNⅠNG）將提示所在位置。檢查內(nèi)容包括：當(dāng)前路徑、能量、離子步數(shù)、磁矩、POSCAR和CONTCAR原子之間的距離、原子最大受力。

1.1.2 NEB模塊

NEB模塊提供了便捷地使用NEB（Nudged Elastic Band）方法計(jì)算過(guò)渡態(tài)和檢查結(jié)果的功能。本程序假設(shè)計(jì)算遵循如圖3所示的過(guò)渡態(tài)計(jì)算的一般流程：先進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，而后靜態(tài)計(jì)算，最后過(guò)渡態(tài)計(jì)算，如需再振動(dòng)分析。

用NEB方法計(jì)算過(guò)渡態(tài)需要知道過(guò)渡態(tài)的初態(tài)和末態(tài)，如催化反應(yīng)中原子吸附脫附前后的結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散研究中原子擴(kuò)散前后的結(jié)構(gòu)等。為保證過(guò)渡態(tài)計(jì)算的準(zhǔn)確性，初態(tài)和末態(tài)需要分別在文件夾［WORKDⅠR］/ini/Opt和［WORKDⅠR］/fin/Opt文 件夾內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將原子弛豫到比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。確定初末態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，分別在文件夾［WORKDⅠR］/ini和［WORKDⅠR］/fin文件夾內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，以獲得更加準(zhǔn)確的能量。而后將初態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為初始點(diǎn)，末態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為末態(tài)點(diǎn)，使用vtst工具插入中間態(tài)，用NEB方法在當(dāng)前工作目錄［WORKDⅠR］下進(jìn)行過(guò)渡態(tài)搜索計(jì)算。最后如果需要，在當(dāng)前文件夾通過(guò)振動(dòng)分析計(jì)算出該過(guò)渡過(guò)程原子的有效躍遷頻率。遵循此過(guò)渡態(tài)計(jì)算的一般過(guò)程而設(shè)計(jì)的NEB模塊各功能如表2所示。

圖3 過(guò)渡態(tài)計(jì)算的一般流程圖Fig.3 General flow charts of NEB calculation

表2 NEB模塊功能Table 2 List of NEB module

功能2.1，在初末態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化完成后，一鍵檢查結(jié)果、拷貝CONTCAR為POSCAR、設(shè)置新的ⅠNCAR、前檢查、提交靜態(tài)計(jì)算任務(wù)。

功能2.2，在初末態(tài)的靜態(tài)計(jì)算完成后，一鍵檢查結(jié)果、根據(jù)初末態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子距離差之和/0.8自動(dòng)插入中間態(tài)、設(shè)置新的ⅠNCAR、提交過(guò)渡態(tài)計(jì)算任務(wù)。

功能2.3，在過(guò)渡態(tài)計(jì)算完成后，自動(dòng)讀取初態(tài)、末態(tài)、鞍點(diǎn)態(tài)的結(jié)構(gòu)，確定遷移的原子，修改POSCAR文件，設(shè)置新的ⅠNCAR，提交振動(dòng)分析任務(wù)，計(jì)算遷移原子在初態(tài)、末態(tài)、鞍點(diǎn)態(tài)時(shí)的振動(dòng)頻率。

功能2.4，在過(guò)渡態(tài)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤或其他原因需要重新計(jì)算時(shí)，回滾到第一步初末態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段。刪除當(dāng)前目錄下的所有文件和文件夾，僅保留ini/Opt/下 和 fin/Opt下 的 5 個(gè) 輸 入 文 件（ⅠNCAR，POSCAR，POTCAR，KPOⅠNTS和Ⅴasp.sh），而后可使用功能2.1重新提交任務(wù)。

功能2.5，在過(guò)渡態(tài)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤或其他原因需要重新計(jì)算時(shí)，回滾到NEB計(jì)算階段。刪除目錄下的文件和文件夾，僅保留ini/和fin/文件夾下所有內(nèi)容，而后可使用功能2.2重新提交任務(wù)。

功能2.6，過(guò)渡態(tài)計(jì)算中或計(jì)算結(jié)束不收斂時(shí)，檢查受力情況。一鍵打印各個(gè)離子步時(shí)各個(gè)中間態(tài)的原子最大受力及他們之和。根據(jù)原子最大受力和最小時(shí)對(duì)應(yīng)的步數(shù)，快捷查找到過(guò)渡態(tài)搜索中較為合理的中間結(jié)構(gòu)，進(jìn)行進(jìn)一步分析和計(jì)算。

功能2.7，過(guò)渡態(tài)計(jì)算中或計(jì)算結(jié)束不收斂或計(jì)算完成后，檢查各中間態(tài)原子距離。快捷查看過(guò)渡態(tài)搜索中是否有某個(gè)中間態(tài)弛豫到不可預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致計(jì)算不收斂。

功能2.8，在過(guò)渡態(tài)計(jì)算中或完成后，檢查當(dāng)前目錄及所有子目錄下的NEB計(jì)算結(jié)果（忽略靜態(tài)計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化），如OUTCAR或者log中有錯(cuò)誤（ERROR）或警告（WARNⅠNG）將提示所在位置，檢查完成后輸出結(jié)果。輸出結(jié)果包含過(guò)渡態(tài)計(jì)算路徑、各中間態(tài)的編號(hào)、體系總能、勢(shì)壘等信息。

功能2.9，在過(guò)渡態(tài)振動(dòng)分析完成后，檢查當(dāng)前目錄及所有子目錄下的原子振動(dòng)頻率（即嘗試頻率）并計(jì)算有效頻率。

1.1.3 Test模塊

Test模塊提供了一鍵截?cái)嗄軠y(cè)試和K點(diǎn)測(cè)試功能。通常，一個(gè)體系在大規(guī)模進(jìn)行計(jì)算和分析之前，需要進(jìn)行截?cái)嗄軠y(cè)試和K點(diǎn)測(cè)試確定合適的ENCUT設(shè)置和KPOⅠNTS設(shè)置。本程序提供的Test模塊各功能如表3所示。

表3 Test模塊功能Table 3 List of Test module

做截?cái)嗄軠y(cè)試的目的是選取一個(gè)合適的截?cái)嗄?，截?cái)嗄軟Q定了ⅤASP計(jì)算過(guò)程中被作為贋勢(shì)處理的電子波函數(shù)的范圍。截?cái)嗄芴?，?jì)算得到的體系總能不可信，截?cái)嗄芴?，?jì)算中迭代需要花費(fèi)大量資源。

功能3.1，提供了一鍵進(jìn)行截?cái)嗄軠y(cè)試得到合理的截?cái)嗄軠y(cè)試的功能。做K點(diǎn)測(cè)試的目的是選取一個(gè)合適的KPOⅠNTS設(shè)置，K點(diǎn)決定了ⅤASP計(jì)算過(guò)程中倒空間的網(wǎng)格分隔點(diǎn)數(shù)，體系越大，合適的K點(diǎn)網(wǎng)格一般越小。

功能3.2，提供了一鍵進(jìn)行K點(diǎn)測(cè)試得到合理的K點(diǎn)設(shè)置的功能。

1.2 底層：API部分

APⅠ部分為有python基礎(chǔ)的研究者提供了本程序通用功能的接口。通過(guò)庫(kù)便捷調(diào)用相關(guān)功能，以實(shí)現(xiàn)自定義計(jì)算和高通量計(jì)算等功能。庫(kù)名：ⅤaspCZ.zzdlib，包含：Shell模塊、File模塊和Ⅴasp模塊，該庫(kù)在安裝本程序時(shí)自動(dòng)安裝，使用本庫(kù)在python交互界面或.py文件中導(dǎo)入庫(kù)即可：

1 importⅤaspCZ.zzdlib as zzd

APⅠ部分的Shell模塊提供了便捷獲取控制臺(tái)輸出的接口，可使用本模塊實(shí)現(xiàn)程序部分的功能。File模塊提供了便捷的文件處理接口。Ⅴasp該模塊提供了編寫(xiě)高級(jí)Ⅴasp計(jì)算輔助程序的底層接口。各模塊詳細(xì)的接口函數(shù)、傳入?yún)?shù)、功能和返回值見(jiàn)APⅠ說(shuō)明文檔［14］。

2 應(yīng)用實(shí)例

將通過(guò)三個(gè)實(shí)例說(shuō)明ⅤaspCZ軟件部分的使用和輸出結(jié)果，并通過(guò)兩個(gè)代碼實(shí)例說(shuō)明如何使用APⅠ部分減少代碼量，實(shí)現(xiàn)高通量計(jì)算。

2.1 軟件部分實(shí)例

實(shí)例在安裝本程序時(shí)自動(dòng)獲得，安裝默認(rèn)目錄為：［HOME］/bin/ⅤaspCZ/examples。

例1：一鍵檢查結(jié)構(gòu)優(yōu)化和靜態(tài)計(jì)算結(jié)果

cd進(jìn)入實(shí)例文件下的1.8文件夾，依次輸入vcz-1-8，即可運(yùn)行OS模塊的功能1.8：后檢查并打印結(jié)果。

輸出結(jié)果如圖4所示，自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前目錄及所有子目錄是否存在結(jié)構(gòu)優(yōu)化或靜態(tài)計(jì)算，存在則判斷是否完成，并輸出當(dāng)前的離子步和電子步；自動(dòng)檢查是否有警告或錯(cuò)誤，如有則打印警告或錯(cuò)誤類(lèi)型及內(nèi)容；自動(dòng)檢查各路徑下計(jì)算的體系總能、步數(shù)、磁性、距離和原子最大受力。

例2：一鍵檢查過(guò)渡態(tài)計(jì)算和振動(dòng)分析結(jié)果

圖4 功能1.8：后檢查并打印輸出示例Fig.4 Function 1.8:post check and print example

同理，在examples/2.6-2.9文件夾下調(diào)用功能2.8可以一鍵檢查過(guò)渡態(tài)計(jì)算結(jié)果，調(diào)用功能2.9可以一鍵檢查振動(dòng)分析結(jié)果。該文件夾下的實(shí)例是fcc-Fe中Fe原子向其第一近鄰空位擴(kuò)散的過(guò)渡態(tài)計(jì)算（該計(jì)算中未考慮自旋極化）。

功能2.8檢查過(guò)渡態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖5所示，自動(dòng)判斷當(dāng)前目錄及所有子目錄中是否存在過(guò)渡態(tài)計(jì)算，判斷該計(jì)算是否完成并輸出；自動(dòng)檢查是否在警告或錯(cuò)誤；而后打印當(dāng)前的過(guò)渡態(tài)計(jì)算結(jié)果。第一列ⅠMAGE0是初態(tài)，ⅠMAGE4是末態(tài)，ⅠMAGE1、2、3是中間態(tài)，第二列顯示出中間態(tài)原子的最大受力，第三列是各態(tài)的體系總能，第四列是以初態(tài)能量為原點(diǎn)的相對(duì)能量，ⅠMAGE2的能量差最高，該中間態(tài)即為鞍點(diǎn)態(tài)（或稱(chēng)為過(guò)渡態(tài)），因此fcc-Fe中Fe向其第一近鄰空位擴(kuò)散的勢(shì)壘為1.39 eⅤ。

圖5 功能2.8：檢查過(guò)渡態(tài)輸出結(jié)果Fig.5 Function 2.8:check the NEB results

2.9 功能檢查過(guò)渡態(tài)振動(dòng)分析結(jié)果如圖6所示，［True，True，F(xiàn)alse］表示是否分析了初態(tài)、鞍點(diǎn)態(tài)和末態(tài)的原子的振動(dòng)。由于fcc-Fe自擴(kuò)散的初態(tài)和末態(tài)是相同的，因此不必分析末態(tài)原子的振動(dòng)。輸出表明：擴(kuò)散原子在初態(tài)中三個(gè)自由度上的嘗試頻率（Attempt Frequency）分別為：6.59 THz、6.16 THz和4.99 THz，而擴(kuò)散原子在鞍點(diǎn)態(tài)中三個(gè)自由度上的嘗試頻率分別為：6.92 THz、4.67 THz和5.82 THz，其中，第三個(gè)方向上由f/i標(biāo)識(shí)表示出該方向的振動(dòng)為虛頻，是不穩(wěn)定的。過(guò)渡態(tài)的有效頻率（Effective Frequency）是所有原子在初態(tài)時(shí)的嘗試頻率之積與在過(guò)渡態(tài)時(shí)嘗試頻率之積的商，簡(jiǎn)化為擴(kuò)散原子在初態(tài)時(shí)的嘗試頻率之積與在過(guò)渡態(tài)時(shí)嘗試頻率之積的商（不計(jì)虛頻）［15］，計(jì)算得該過(guò)渡態(tài)的有效頻率為6.28 THz。

圖6 功能2.9：檢查過(guò)渡態(tài)振動(dòng)分析輸出結(jié)果Fig.6 Function 2.9:check the vibration results of transient states

例3：過(guò)渡態(tài)收斂性

能量收斂但力不收斂是過(guò)渡態(tài)計(jì)算中很可能出現(xiàn)的收斂問(wèn)題，不收斂有可能是初末態(tài)結(jié)構(gòu)不合理所致，也可能是在計(jì)算中結(jié)構(gòu)弛豫到不可預(yù)測(cè)的結(jié)果所致。進(jìn)入examples文件夾，調(diào)用2.6功能可以對(duì)力不收斂的過(guò)渡態(tài)計(jì)算進(jìn)行分析。

該示例的各中間態(tài)在各離子步下時(shí)的原子最大受力如圖5所示。中間態(tài)共三個(gè)：01、02和03。由第2～4列看出，隨著計(jì)算進(jìn)行到第8離子步時(shí)，各中間態(tài)的原子最大受力減小到小于設(shè)置的收斂標(biāo)準(zhǔn)（0.01 eⅤ·A-1）以下，該過(guò)渡態(tài)計(jì)算收斂成功。某些力不收斂的計(jì)算表現(xiàn)為在第7步將收斂的時(shí)候，原子最大受力不降反升，最終計(jì)算到100步都沒(méi)有收斂，此時(shí)較為合理的中間態(tài)結(jié)構(gòu)不是100步時(shí)的結(jié)構(gòu)，而是第7步的結(jié)構(gòu)。使用功能2.6根據(jù)最大受力之和最小時(shí)所在的離子步判斷哪一步的結(jié)構(gòu)較為合理，而后取出該合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析和計(jì)算。

圖7 功能2.6：檢查未達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)渡態(tài)Fig.7 Function 2.6:check the unconvergent NEB results

2.2 API部分實(shí)例

例4說(shuō)明了如何調(diào)用ⅤaspCZ.zzdlib庫(kù)降低代碼量完成自定義計(jì)算，例5說(shuō)明了如何調(diào)用該庫(kù)實(shí)現(xiàn)高通量計(jì)算。

例4：14行代碼實(shí)現(xiàn)一鍵截?cái)嗄軠y(cè)試程序

進(jìn)行截?cái)嗄軠y(cè)試的原理是在ⅠNCAR中分別設(shè)置截?cái)嗄芊譃?00 eⅤ、250 eⅤ、300 eⅤ、… 700 eⅤ，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)截?cái)嗄茉礁?，體系總能越準(zhǔn)確，但資源消耗也越大。隨著截?cái)嗄茉黾?，體系能量相差小于0.001 eⅤ每原子即可確定合適的截?cái)嗄堋３绦蛟O(shè)計(jì)思路為：當(dāng)前目錄準(zhǔn)備好ⅤASP輸入文件，每個(gè)截?cái)嗄軇?chuàng)建一個(gè)文件夾，拷貝輸入文件到文件夾內(nèi)，修改ⅠNCAR中的截?cái)嗄茉O(shè)置，進(jìn)行前檢查并提交任務(wù)，計(jì)算結(jié)束用軟件部分OS模塊功能1.8后檢查確定合適的截?cái)嗄堋?shí)現(xiàn)腳本為Ⅴasp_ENCUT_Test.py，代碼在 ⅤaspCZ安裝目錄/examples/APⅠ/example_1下，在命令行界面輸入：python3Ⅴasp_ENCUT_Test.py即可運(yùn)行代碼實(shí)現(xiàn)本功能。

本例中，代碼使用了APⅠ部分的File模塊的2.2接口substituteData（）函數(shù)和Ⅴasp模塊的3.7接口check_and_qsub（）函數(shù)，將近百行代碼縮短到14行，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)難度。

例5：批量提交結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算任務(wù)

本例中計(jì)算任務(wù)為：對(duì)不同的溶質(zhì)元素（Al、As、Bi、Co、Cr、Ga、Ge、Ⅰr、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Rh、Ru、Sb、Si、Sn、Tc、Ti、Ⅴ、W、Zn、Cu、Mn、Ag、Au、Cd、Hf、Hg、Ⅰn、Os、Pd、Pt、Sc、Ta、Tl、Zr、Re）進(jìn)行高通量計(jì)算篩選，需要獲得不同元素作為溶質(zhì)時(shí)在bcc-Fe中空位輔助下進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散勢(shì)壘，如Wu等［15］所述。程序設(shè)計(jì)思路為：通過(guò)NEB獲得擴(kuò)散勢(shì)壘，需要執(zhí)行如圖3的過(guò)渡態(tài)一般過(guò)程：先結(jié)構(gòu)優(yōu)化，而后靜態(tài)計(jì)算，最后過(guò)渡態(tài)計(jì)算。編寫(xiě)程序一鍵提交39種溶質(zhì)元素初態(tài)和末態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化共78個(gè)計(jì)算任務(wù)，而后使用軟件部分NEB模塊功能2.1和2.2一鍵進(jìn)行下一步靜態(tài)計(jì)算和過(guò)渡態(tài)計(jì)算。計(jì)算完成后使用功能2.8后檢查一鍵獲得全部擴(kuò)散勢(shì)壘。實(shí)現(xiàn)腳本為Ⅴasp_Batch.p，代碼在ⅤaspCZ安裝目錄/examples/APⅠ/example_2下，在命令行界面輸入：python3Ⅴasp_Batch.py即可運(yùn)行代碼實(shí)現(xiàn)本功能。

本例中，使用了ⅤaspCZ.zzdlib庫(kù)實(shí)現(xiàn)高通量計(jì)算，十分方便。其他的高級(jí)功能實(shí)現(xiàn)見(jiàn)ⅤaspCZ安裝目錄/sourcecode文件夾下。

3 程序可用性

本程序已在github免費(fèi)開(kāi)源，開(kāi)源許可［16］。安裝使用說(shuō)明文檔見(jiàn)網(wǎng)頁(yè)［17］。所需python及環(huán)境安裝教程見(jiàn)網(wǎng)頁(yè)［18］。

4 結(jié)語(yǔ)

為了滿(mǎn)足科研人員在使用ⅤASP進(jìn)行高通量計(jì)算時(shí)快速提交任務(wù)，批量檢查結(jié)果的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了ⅤaspCZ軟件，該軟件的設(shè)計(jì)在包含三個(gè)模塊的同時(shí)，提供了LⅠNUX環(huán)境下的用戶(hù)界面，是使用ⅤASP在超算平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算的高效輔助程序。ⅤaspCZ軟件同時(shí)提供了APⅠ接口，為研究者提供了編寫(xiě)高級(jí)應(yīng)用（如ⅤASP高通量計(jì)算）更便捷的Python庫(kù)。本程序使用簡(jiǎn)單、便捷，有望為使用ⅤASP軟件進(jìn)行計(jì)算的廣大計(jì)算材料研究者帶來(lái)更好的體驗(yàn)。