liminfoQuantum ESPRESSO Reference
Quantum ESPRESSO pw.x/ph.x/pp.x 인풋 레퍼런스
Quantum ESPRESSO Reference 소개
Quantum ESPRESSO 레퍼런스는 밀도범함수이론(DFT) 기반 전자구조 계산을 위한 오픈소스 패키지인 Quantum ESPRESSO의 입력 파라미터와 워크플로우에 대한 검색형 가이드입니다. SCF, relax, vc-relax, nscf, bands 모드를 포함한 pw.x(평면파 자기일관장) 계산을 다루며, 에너지 컷오프(ecutwfc, ecutrho), k-point 그리드, 스미어링 방법, 의사포텐셜 선택에 대한 상세한 파라미터 설명을 제공합니다.
이 레퍼런스는 5개 카테고리로 구성됩니다. pw.x 기본(계산 유형, 컷오프 에너지, 수렴 임계값), pw.x 입력(결정 구조 정의, 원자 위치, 셀 파라미터, k-point 메시), pw.x 전자(교환-상관 범함수, 스미어링, 혼합 기법, DFT+U 보정), pw.x 이완(BFGS 최적화, 힘/에너지 수렴 기준, 가변 셀 이완), 후처리(pp.x 전하밀도 시각화, dos.x 상태밀도, bands.x 밴드구조 추출, projwfc.x 투영 DOS) 등입니다.
전산 재료과학자, 응집물질 물리학자, 화학 연구자를 위해 설계된 이 도구는 권장값과 수렴 테스트 가이드라인이 포함된 Quantum ESPRESSO 파라미터 구문에 즉시 접근할 수 있습니다. 벌크 결정의 SCF 계산 설정, 슬랩 모델의 원자 위치 이완, ph.x를 이용한 포논 분산 계산, pp.x를 이용한 전하밀도 플롯 생성 등 필요한 파라미터 세부 사항과 예제 입력 블록을 빠르게 확인할 수 있습니다. 모든 콘텐츠는 브라우저에서 실행됩니다.
주요 기능
- SCF, relax, vc-relax, nscf, bands 모드를 예제 입력과 함께 다루는 pw.x 계산 유형 레퍼런스
- 의사포텐셜 유형별(PAW/USPP/NC) 권장값이 포함된 ecutwfc, ecutrho 에너지 컷오프 파라미터 가이드
- 자동 Monkhorst-Pack 그리드 및 밴드구조용 k-경로 정의를 포함한 k-point 메시 설정 레퍼런스
- LDA, GGA-PBE, PBEsol, 하이브리드 범함수, DFT+U/V 보정을 다루는 교환-상관 범함수 레퍼런스
- 힘 수렴(forc_conv_thr) 및 에너지 수렴 기준을 포함한 BFGS 최적화 구조 이완 파라미터
- pp.x(전하밀도, 포텐셜), dos.x(상태밀도), projwfc.x(투영 DOS) 후처리 도구 레퍼런스
- Gaussian, Methfessel-Paxton, Marzari-Vanderbilt 냉각 스미어링, Fermi-Dirac의 degauss 값 가이드
- 5개 카테고리 전체에서 즉시 필터링, Python/Fortran 스타일 입력 구문, 다크 모드 지원
자주 묻는 질문
ecutwfc와 ecutrho 컷오프 값은 어떻게 선택하나요?
파동함수 컷오프(ecutwfc)는 의사포텐셜 유형에 따라 다릅니다. PAW 및 초연(USPP)은 보통 30~80 Ry, 노름보존(NC)은 60~100+ Ry가 필요합니다. 전하밀도 컷오프(ecutrho)는 NC의 경우 ecutwfc의 4배, PAW/USPP의 경우 8~12배입니다. 컷오프를 높여가며 총 에너지 변화가 목표 임계값(보통 1 mRy/atom 미만) 이하가 될 때까지 반드시 수렴 테스트를 수행해야 합니다.
SCF, relax, vc-relax 계산의 차이점은 무엇인가요?
SCF(자기일관장)는 고정된 원자 위치와 셀 파라미터에서 전자 기저 상태를 계산합니다. relax는 셀을 고정한 채 원자 위치를 BFGS 또는 감쇠 동역학으로 최적화합니다. vc-relax(가변 셀 이완)는 원자 위치와 셀 파라미터를 동시에 최적화하며, 평형 격자 상수 탐색이나 압력 효과 연구에 필수적입니다. 각 모드의 수렴 파라미터가 이 레퍼런스에 상세히 기술되어 있습니다.
계산에 적합한 k-point 메시는 어떻게 설정하나요?
SCF 계산에는 셀 크기에 반비례하는 밀도의 자동 Monkhorst-Pack 그리드(K_POINTS automatic)를 사용합니다. 입방 셀의 경우 8x8x8이 일반적인 시작점입니다. 밴드구조 계산에는 K_POINTS crystal_b로 고대칭점을 보간 포인트 수로 연결합니다. 금속의 경우 더 촘촘한 k-그리드와 적절한 스미어링이 필요합니다. 다양한 시스템 유형별 그리드 권장 사항이 포함되어 있습니다.
어떤 교환-상관 범함수를 사용해야 하나요?
PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)는 가장 널리 사용되는 GGA 범함수로 대부분의 고체 계산에 적합합니다. PBEsol은 고체의 격자 상수를 개선합니다. LDA는 단순하지만 과결합 경향이 있습니다. 밴드갭에는 하이브리드 범함수(HSE06)나 전이금속 산화물을 위한 DFT+U를 고려하세요. 사용 가능한 의사포텐셜에 따라 선택이 달라지며, 범함수 지정 구문과 일반적인 파라미터 값이 이 레퍼런스에 포함되어 있습니다.
Quantum ESPRESSO에서 DFT+U 계산은 어떻게 수행하나요?
DFT+U 보정은 &SYSTEM 네임리스트에서 lda_plus_u = .true.로 설정한 후, 각 원자종에 대해 Hubbard_U 값(eV 단위)을 지정합니다. 전이금속 d-오비탈의 경우 보통 2~6 eV입니다. 최신 DFT+U+V 구현은 Hubbard_V로 사이트 간 보정을 사용합니다. 파라미터 구문, 일반적인 재료의 권장 U 값, 자기일관 U 계산(HP 코드) 접근법이 포함되어 있습니다.
금속 계산에 적합한 스미어링 방법과 degauss 값은 무엇인가요?
금속 시스템에서는 정확한 힘을 제공하는 Marzari-Vanderbilt 냉각 스미어링(smearing = "mv")이 일반적으로 권장됩니다. Methfessel-Paxton 1차(smearing = "mp")도 흔히 사용됩니다. degauss 값(스미어링 폭)은 보통 0.01~0.05 Ry이며, 0.02 Ry에서 시작하여 수렴을 확인합니다. 절연체와 반도체는 스미어링 없이 고정 점유(occupations = "fixed")를 사용합니다.
Quantum ESPRESSO로 밴드구조를 계산하려면 어떻게 하나요?
밴드구조 계산은 3단계로 진행됩니다. (1) SCF 계산으로 기저 상태 전하밀도를 얻고, (2) 저장된 전하밀도를 사용하여 고대칭 방향을 따라 밀집한 k-point 경로로 nscf 계산을 수행하고, (3) bands.x 후처리로 밴드를 추출하고 플롯합니다. 이 레퍼런스는 FCC, BCC, HCP 등 일반적인 결정 구조의 고대칭 k-point 경로를 포함한 각 단계의 완전한 워크플로우와 예제 입력 파일을 제공합니다.
Quantum ESPRESSO에서 사용 가능한 후처리 도구는 무엇인가요?
주요 후처리 도구는 다음과 같습니다. pp.x는 실공간 격자 위의 전하밀도, 정전기 포텐셜, 파동함수 데이터 추출, dos.x는 전자 상태밀도 계산, projwfc.x는 원자 오비탈로의 투영 상태밀도(PDOS), bands.x는 밴드구조 추출, epsilon.x는 광학 성질, ph.x는 포논 계산을 수행합니다. 각 도구는 선행 pw.x 계산의 출력을 읽습니다. 모든 주요 후처리 도구의 입력 구문이 포함되어 있습니다.