USPEX Tutorials

Chapter 1 Introduction

参见：Artem R. Oganov：2018诺贝尔奖提名，USPEX之父

Introduction file

Chapter 2 An Overview of Usage

本部分主要参考理论计算预测材料，手把手教你用USPEX！

1. Installation:

   注意最新版本的USPEX已经整合进了Octave，所以只需按官网步骤注册下载解压

   运行：

   xxxxxxxxxx
   bash ./install.sh
   

   之后按图形界面安装到指定文件夹即可

2. Usage：

   • 准备输入文件

     首先建立一个名为/La-H/0GPa的文件夹，进入这个文件之后，在终端输入命令： USPEX –g,然后查看文件夹 0GPa，会发现多了四个文件夹：AntiSeeds、Seeds、Specific、Submission。如下图所示：

     

      

     其中，AntiSeeds 和 Seeds 文件夹中里面的存放的的是结构文件，由于本教程使用的是VASP进行计算，故这两个文件夹放的是 POSCARS 的文件（至于为什么是POSCARS，等下解释）。而 Specific 文件夹里面放的是 VASP 进行计算时，需要的和赝势文件，而 Submission 文件夹里面放的是 USPEX 各种方式提交任务的脚本。这 4 个文件夹是 USPEX 程序自动生成的，因而需要进入每个文件夹里面进行修改或者准备所需要的输入文件。接下来我们一个个文件来进行详细说明（划重点）。

     a. AntiSeeds 文件夹，这个文件顾名思义，就是禁止 USPEX 生成的结构的种子文件，与 Seeds 文件夹作用相反，并且这个功能不常使用，本教程 AntiSeeds 文件夹就不设置，不用管它，直接考虑 Seeds 文件夹。

     b. Seeds文件夹，这个文件夹就是USPEX计算时，需要种子文件存放的地方。好了，既然需要种子文件，那么我们来准备种子文件吧。本教程要进行搜索的是 La-H 体系，那么开始准备La、H结构文件吧。首先到日本晶体结构数据NIMS网站(https://crystdb.nims.go.jp/crystdb/search-materials: 免费注册且免费下载，并且里面结构文件多数有其引用的相关文献)上找结构。

      

     

     

      

     上面两图分别是La、H的所有结构文件，

     1) 把这两种元素的cif结构文件全部下载下来；

     2) 用VESTA

     (http://www.jp-minerals.org/vesta/en/download.html：下载后解压即可使用，功能很强大的软件) 打开，另存为VASP5 格式的POSCAR文件；

     3) 打包上传到机器上刚刚建立的/La-H/0GPa /Seeds文件下；

     4) 把La和H的POSCAR文件合并为一个文件，并命名为POSCARS (1、可以使用cat 命令合并，如：cat POSCAR_La* POSCAR_H >> POSCARS，2、建议查看一下POSCARS文件格式，假如有类似乱码的东西，dos2unix POSCARS百度了解一下)。

     c. Specific文件夹,这个文件夹主要存放的是USPEX控制的VASP进行计算的输入文件，由于本教程是La-H体系在0 GPa的变组分结构搜索，主要是用VASP计算USPEX生成结构的能量，因而这个文件内主要是POSCAR进行结构优化的文件如下图所示：

      

     

     

      

     INCAR_1-5: 这样设置的主要原因：考虑有你的初始结构通常远离局部最小点，在这种情况下，INCAR_1，2首先应该在保持体积固定的情况下（ISIF=4）弛豫原子和晶胞形状，然后在INCAR_3，4中做完全弛豫（ISIF=3），在INCAR_5中完成非常精确的单点计算（ISIF=2，NSW=0）（至于更具体的细节问题，手册上有详细的描述，请查看手册第3章第3.4小节）。

     值得注意的是：K点设置由USPEX自动生成了，无需考虑。

      

     d. Submission文件夹, 这个文件夹主要是USPEX来提交计算任务和检查计算任务的情况的一些脚本。一般情况下，提交计算任务都是通过登陆到服务器上进行提交，那么这时候需要修改submitJob_local.m和checkStatus_local.m这两个脚本。

      

     

      

     这是checkStatus_local.m脚本，一般情况需要修改的只有第21行，这行的意思：就是假如任务不是在排队等待或者是正在运行，就认为任务算完了。作者需要根据机器上安装的作业系统进行修改，相信搞科研的这个小问题解决起来肯定没问题的。

      

     

      

     这个是submitJob_local.m脚本，需要修改的是第11行到第17行，这个修改主要是根据需要根据自己机器上提交任务脚本来修改的，基本上就是提交任务脚本的内容复制到单引号中去。

     假如读者属于特殊情况，那么就参考上面的解释，并仔细阅读/Submission/README 文档，根据实际情况修改。

     e. INPUT.txt

     

      

     USPEX 自动生成的4个文件夹已经处理好了，那么接下来就是控制USPEX计算的输入文件：INPUT.txt (固定名字的文件)，在/La-H/0GPa文件通过文本编辑器(vi INPUT.txt)，把上面的内容输入进去，并并保存，下面来解释每行代表的意思，这是超级重重点。

     上图都是USPEX计算输入控制文件：INPUT.txt主要内容，棕黄色的数字标志是行数，只是为了显示方便，不是需要输入的内容。

     xxxxxxxxxx
     **1-3行、**为注释说明行。
     ​
     **第4行、**为选择计算类型行，主要是选择什么样的计算方法进行不同类型的计算，目前USPEX支持四种计算方法分别为：USPEX、VCNEB、META、PSO等。但目前采用变组分结构搜索的话，选用其王牌类型，USPEX就行，其他方法请参阅手册
     ​
     **第5行、**需要计算的结构类型、是否为分子和是否为变组分计算，301：3代表了三维块状结构，0代表了不是分子，1代表了采用变组分。
     ​
     **第6行、**1是代表了进行结构搜索最稳定结构时采用了生成焓作为筛选标准，当然还有其他标准：体积，硬度，结构有序度等等，详情参阅手册。
     ​
     **第7行、**1代表了设置允许系统自动进行进化的变分操作，这个设置能加快运算。
     ​
     **第9-11行、**是设置需要计算的体系，本教程是La-H体系，所以在第10行输入La H, 当然你也可以在第10行输入 La H 的原子序数：57 1 ，这样也是被允许的。
     ​
     **第13-16行、**设置上面你设置的体系原子的个数之比，表示着：LaxHy，也就是说任意x个La和任意y个H的结构都是可以生成的。假如需要生成任意x个La和任意2y个H的结构怎么设置？
     ​
     **第17-24行、**设置关于生成结构的数目，第20行populationSize设置除了第一代，其余以后每代生成的结构的数目，第21行initialPopSize设置第一代生成的结构的数目，第22行numGenerations，设置总共计算的最大代数。第23行stopCrit设置多少代的最好结构结构都一样就停止USPEX计算。第24行是设置是否重新优化幸存的结构，默认是0，意思就是不重新优化。（需要注意的是，这里的设置的大小，大致上决定你需要优化的结构的数目）
     ​
     **第25-29行、**设置允许生成LaxHy结构中8<=x+y<=18，这样设置能够更好锁定搜索结构的范围，当然越小计算量越少了，这个主要看个人选择了，但是minAt和maxAt不要相差太大，太大容易出错或者最后结果漏掉一些结构，手册上有推荐选择范围，自己参阅考虑。
     ​
     **第30-37行**、设置遗传变分操作的具体细节的，主要设置各个操作的所占比例，fracGene:基因遗传占的比例，fracRand：随机生成的占比例，fracAtomsMut:原子摄动占的比例，fracTrans：晶格转变占的比例，fracLatMut：点阵摄动占的比例。注意：所有比例之和必须为1。
     ​
     **第39行、**这行是设置体系的压强大小，单位是GPa, 0是不施加外压。当然了前面提到的文章，压力有150 GPa 和 300 GPa，在相应的压力下进行搜索时，应该此处改为150 或 300。
     ​
     **第41-46行、**是设置调用的外部程序执行具体计算用的，1代表了调用VASP，1 1 1 1 1  跟Specific 文件夹里面INCAR_1、INCAR_2、INCAR_3、INCAR_4、INCAR_5遥相呼应，表示一个结构需要优化5次得到精确的能量值。
     ​
     **第48行、**设置USPEX一次总共提交多少个任务，
     ​
     **第49行、**设置提交任务方式，1设置为local，毕竟USPEX一般都是安装在服务器上面的。
     ​
     **第51-56行、**设置重新启动USPEX运算，这个设置应该好好琢磨一下，尤其是第54行pickUpYN，0是不进行计算，1是进行重新计算，第55行pickUpGen根据你的结果文件夹results*里面的generation*的数目进行设置，第56行pickUpFolder是根据哪个结果文件夹results*进行重新计算，这3行一定要配合使用，是相关联的。当然本教程是进行新计算，都设置为0，即可，这个弄明白了，重新计算时，可以节省大量时间。
     

     好了，La-H 体系不同压强下变组分结构搜索的INPUT.txt的主要设置内容介绍完毕。

      

     f. 最后一项设置，就是提交整个USPEX的脚本了，很简单的shell脚本，任何一个机器上提交USPEX任务，都可以用这个，只是切记一定要把这个脚本命名好。

     

     当然你如果在自己机器上使用了MATLAB把 –o 去掉就行了，-o的意思是使用octave。

      

   • 提交USPEX任务

     如果前面一切输入文件准备好了之后，那么我们可以开始了神奇的USPEX变组分结构搜索之旅了。终端输入命令：nohup ./uspex_Lah0.sh >> log &（其中uspex_Lah0.sh就是1.f中提到的提交USPEX任务的脚本）。如下图所示：

     

     自此任务已经提交，然后检查 log，看是否出错，然后再修正。

Chapter 3 详细说明

（updating）