基于Phonopy的ZrSiS材料拉曼活性计算和振动模式分析

拉曼光谱在实验测试和材料结构探测中具有重要作用，探测出的Raman峰显示了材料独特的振动模式，可以深入研究该材料的相关基本特性。

本次实操，我们详细介绍基于第一性原理的拉曼活性计算与声子谱分析流程，以金属材料ZrSiS为例，基于 VASP的拉曼非共振活性计算器，提取介电张量，最终计算拉曼活性并输出结果，同时使用超算互联网Phonopy软件进行声子振动不可约模式的计算和输出，并通过Phonon website进行可视化，对相关论文进行对比分析。

一、结构优化与声子谱计算

首先基于准确的ZrSiS结构（空间群P4/nmm），进行结构优化和声子谱计算，计算细节与参考的文献一致。

得到基本一致的声子色散结果，纵坐标单位THz。

论文中标注的为cm-1，可调整单位进行对比。

接下来，使用Phonopy进行声子计算结果的单位换算，将输出从THz转化为cm-1。

声子色散趋势完全一致，论文中具有的声子模式和实际测试raman频率相比存在偏高的情况， 我们计算得到的频率属正常情况。

二、参数配置与脚本整合

基于声子谱的计算结果，我们把vasp的输入文件拷贝到一个新的文件夹，这里可以参考文章《一个脚本两步计算材料Raman谱（附数据处理和绘图脚本）》https://mp.weixin.qq.com/s/nOhUto_da5lTQ9kpbDLAUw。

修改INCAR和vasp_raman.py参数文件，并再次提交任务：

第一步：在INCAR中设置声子频率参数 IBRION = 5 POTIM = 0.01 NWRITE = 3

第二步：补充介电常数计算参数 启用LEPSILON=.TRUE.， ! 注释掉以下行以避免冲突 ! IBRION = 5! ! POTIM = 0.01

将第一步计算结果中的POSCAR复制为POSCAR.phon，将OUTCAR复制为OUTCAR.phon。

同时更改执行文件，以符合超算互联网平台的运行方式。

然后，将vasp_raman.py与提交任务脚本slurmVasp.sh融合。

融合为sub_raman.pbs

#/bin/bash
#SBATCH --job-name=VaspTest
#SBATCH --mem-per-cpu=2gb
#SBATCH --ntasks=16
#SBATCH --nodes=2
#SBATCH --ntasks-per-node=8
#SBATCH --cpus-per-task=1
#SBATCH --output=%j.log
#SBATCH --partition=debug

# load the environment
module purge
source /public/software/profile.d/compiler_intel-compiler-2017.5.239.sh
source /public/software/profile.d/mpi_intelmpi-2017.4.239.sh
export I_MPI_PMI_LIBRARY=/opt/gridview/slurm/lib/libpmi.so
export PATH=/public/software/apps/vasp/5.4.4/hpcx-2.4.1-intel2017:${PATH}

# run vasp on 2 nodes with 16 cores
#IB网络                  
export VASP_RAMAN_RUN=`mpirun -genv I_MPI_FABRICS=shm:ofa -machinefile /tmp/nodefile.$$ -n $NP $EXEC &> job.out`                  
export VASP_RAMAN_PARAMS='01_18_2_0.01'                  
python vasp_raman.py > vasp_raman.out                  

# Output file is ...:         VaspTest.log

其中VASP_RAMAN_PARAMS='01_18_2_0.01'指总共计算18支声子的两段微扰下的介电张量，以此来计算每支声子的拉曼活性。

（本次跳过计算过程）

计算结束后，脚本中的输出数据将保存在vasp_raman.dat中。

三、拉曼活性分析与振动模式可视化

将输出数据按照频率从高到低排序，分别为模式编号，频率(cm-1) ，alpha和 beta2将用于绘制raman峰，此次教程则不考虑此项。

activity则展示了这支声子模式的活性强度，也和绘制图像的峰强有直接相关。此次教程则不考虑绘制模拟raman峰图。

回到声子计算的文件，通过Phonopy计算和输出以THz为纵坐标单位的声子谱图。 phonopy -s -p KPATH.phonopy -c UPOSCAR

在声子设置文件KPATH.phonopy中，加入EIGENVECTORS=.TRUE.

用于产生声子位移矢量，数据将保存到band.yaml中。

同时我们可以在phonopy的命令中加入--irreps="0 0 0”用来计算和输出gamma点，也就是布里渊区中心位置的声子振动模式，将会自动输出到终端界面，同时也将保存到phonopy.yaml和irreps.yaml中，用于查看特定的声子振动模式的群表示。

最后，我们将band.yaml导入到声子谱可视化与分析工具Phonon website中： http://henriquemiranda.github.io/phononwebsite/phonon.html

调整模型的样式并勾选vectors显示振动矢量，点击声子谱中的点，选择该点的可视化，然后，通过点击gif生成动态示意图。

以上，我们就完成了以金属材料ZrSiS为例，通过结构优化、声子谱计算、介电张量提取及拉曼活性分析，在超算互联网平台验证计算方法的可靠性，并演示了单位转换、振动模式可视化等关键技术的实践步骤，为同类材料的光谱研究提供了可复现的实践框架。

希望本篇最佳实践为您提供一些有价值的信息和实践技巧。