如何找到Fe2O3和MnO2的特定晶体的资源

2429783189

大家好，一名师哥想让我尝试练练手算一个Fe2O3和MnO2对于小分子的吸附，他在说明里这样写：α-Fe₂O₃（110）面表面模型、MnO₂表面模型（mp-567259），我对于晶体计算并不擅长，连入门都不一定算得上，目前正在学习CP2K培训班，难以理解（110）面和（mp-567259）是什么意思，询问师哥表示让我自己想，我尝试在google中搜索也无法找到对应的晶体，想请问一下各位老师，表述：α-Fe₂O₃（110）面表面模型中的“110”和MnO₂表面模型（mp-567259）中的“mp-567259”是什么意思，如何找到对应的晶体呢？

sobereva

(110)是晶面的Miller指数，随便找一本介绍晶体学的教科书都会讲，也可以看https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_index
mp-567259是material project数据库里的编号，进入这个库直接根据编号就能进入体系的页面、下载几何优化完的晶体结构文件。北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/KFP）一开始的“晶体结构和材料高通量筛选的库”部分就已经介绍了这个库，这部分还没学的话先学了。

Uus/pMeC6H4-/キ

这有点猛啊，考虑到MnO2是顺磁性的、Fe2O3是铁磁性的，此类体系表面吸附问题一大难点在于让CP2K的SCF顺利收敛，原子初始磁矩/自旋多重度的设置极为关键，看http://sobereva.com/665与http://bbs.keinsci.com/thread-28941-1-1.html（注意后者所说的设置对应晶体体相情况，相比表面简单不少）。

既然师哥认为这算“练练手”，或许他已经有计算经验、找到过能顺利收敛的磁矩设置，建议仔细问清楚他的处理方法，最好也以完整可重复的CP2K输入文件的形式分享到论坛上来（）

Stardust0831

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-5 09:30
这有点猛啊，考虑到MnO2是顺磁性的、Fe2O3是铁磁性的，此类体系表面吸附问题一大难点在于让CP2K的SCF顺利收 ...

确实，这种体系要弄DFT+U都有可能

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-5 09:30
这有点猛啊，考虑到MnO2是顺磁性的、Fe2O3是铁磁性的，此类体系表面吸附问题一大难点在于让CP2K的SCF顺利收 ...

@sobereva @Stardust0831 谢谢各位老师的回复，我翻阅了一下站内帖子，参考了一下帖子http://bbs.keinsci.com/thread-31579-1-1.html，决定先用GFN1-xTB整个靠谱的初猜，结果发现连GFN1-xTB都无法收敛，至少完全没有一点要收敛的趋势，输入和输出文件已贴在附件，想请问一下各位老师这应该如何解决呢？

Uus/pMeC6H4-/キ

2429783189 发表于 2025-8-8 23:19
@sobereva @Stardust0831 谢谢各位老师的回复，我翻阅了一下站内帖子，参考了一下帖子http://bbs.keinsci ...

GFN1-xTB对过渡金属氧化物的可靠性未知，应该直接用PBE/DZVP-MOLOPT-SR-GTH来算。先从晶体体相的单点开始尝试，等能找到合适的原子磁矩、自旋多重度使SCF收敛后，再考虑切表面优化。另外一般切表面的习惯是在z轴方向留真空区、按XY二维周期性计算，当前三斜盒子往x轴方向留真空区看得有点别扭。

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-9 00:03
GFN1-xTB对过渡金属氧化物的可靠性未知，应该直接用PBE/DZVP-MOLOPT-SR-GTH来算。先从晶体体相的单点开始 ...

好的好的，太感谢老师了，初步的收敛问题在老师的指导下已经在尝试中解决了，但是我发现我的计算没有生成.molden和.RESTART文件，只有.wfn文件，前者查看http://sobereva.com/651帖子顺利输出，但是搜了一圈并没有发现如何生成.RESTART文件的方法，想请问一下老师我的输入文件哪里有问题无法生成.RESTART文件呢？

Uus/pMeC6H4-/キ

2429783189 发表于 2025-8-9 00:52
好的好的，太感谢老师了，初步的收敛问题在老师的指导下已经在尝试中解决了，但是我发现我的计算没有生成 ...

不同文件的大小写、记录内容、产生方式不一样，需要区分清楚：

*-RESTART.wfn（不开k点计算时）或*-RESTART.kp（开k点计算时）是记录波函数的二进制文件，由&FORCE_EVAL/&DFT/&SCF/&PRINT/&RESTART（以及&RESTART_HISTORY）字段控制，在各种任务中都能输出；

*-1.restart是记录原子坐标等体系状态的文本型输入文件，由&MOTION/&PRINT/&RESTART（以及&RESTART_HISTORY）字段控制，只与几何优化和分子动力学等移动原子的任务有关，在单点能计算中一般不输出。

方便如我2楼所说的，将能收敛的完整输入输出文件打包压缩并分享一下么？

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-9 14:49
不同文件的大小写、记录内容、产生方式不一样，需要区分清楚：

*-RESTART.wfn（不开k点计算时）或*-RE ...

抱歉我指的是GFN-xTB1级别的收敛，DFT下的收敛我还在尝试，等收敛成功我一定上传相关文件

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-9 14:49
不同文件的大小写、记录内容、产生方式不一样，需要区分清楚：

*-RESTART.wfn（不开k点计算时）或*-RE ...

老师我将自旋多重度设置为5*Fe原子个数+1，磁矩设置为-4，截断能设置为600，输入和输出文件如附件，算出来效率还行，SCF能收敛，但是几何结构不收敛，想请问老师有什么建议吗？

Uus/pMeC6H4-/キ

2429783189 发表于 2025-8-17 21:40
老师我将自旋多重度设置为5*Fe原子个数+1，磁矩设置为-4，截断能设置为600，输入和输出文件如附件，算出 ...

这输出文件末尾硕大的警告说了"SCF run NOT converged"，根本不是“SCF能收敛但几何优化不收敛”的提示。3楼放的第一个链接讲了SCF不收敛的解决方法，这里可能至少要考虑(1)换用对角化算法及尝试启用smearing，(2)设定k点，(3)增大截断能等等。当然这多少也是意料之中，http://sobereva.com/729也提到了磁性复杂的d族过渡金属化合物表面体系的确难处理。

所有铁原子磁矩相同的结构是铁磁性的，不是反铁磁性的（而且就算是反铁磁性，也推荐用英文antiferromagnetic而不是拼音来命名文件）。

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-17 22:37
这输出文件末尾硕大的警告说了"SCF run NOT converged"，根本不是“SCF能收敛但几何优化不收敛”的提示。 ...

谢谢老师的回复，抱歉先前我看错了。我参考帖子尝试了几种方法，发现使用对角化，加大k点，开smearing和使用Material Project中的DFT+U的U value反而会使情况更不利，因此还是觉得是磁矩和自旋多重度的问题，翻阅文献发现反铁磁Fe2O3不同层的Fe原子的磁矩不一致，因此将不同层的Fe的磁矩分别设置为文献中的±3.72，由于不同层数Fe自旋相反，自旋多重度设置为1，把&OT里的ALGORITHM从默认的STRICT改为IRAC，发现效果比先前更好，能收敛了，但是几何结构优化收敛异常缓慢，观察能量似乎还有振荡趋势，初始结构是Material Project上下载的computed cif直接切的110，应该很难有优化空间了，想请问老师这种情况下有什么建议吗？加紧SCF收敛限是值得尝试的选择吗？

Uus/pMeC6H4-/キ

2429783189 发表于 2025-8-19 13:18
谢谢老师的回复，抱歉先前我看错了。我参考帖子尝试了几种方法，发现使用对角化，加大k点，开smearing和 ...

几何优化也要监控结构变化情况，用VMD检查输出的.xyz轨迹文件（并按multiwfn提示的Command of showing box in VMD program添加盒子信息、显示盒子）看看有没有异常原子接触之类。表面体系的几何优化需要几十上百步不奇怪，如果确认趋势合理的话就继续跑着。

把SCF收敛限调紧意味着需要迭代更多步才能达到收敛，分明会让耗时进一步上升。有这功夫把CUTOFF提高更好，铁是对截断能要求较高的元素之一，而能量、受力计算准确对几何优化合理挺重要的。

输出molden文件、输出电子密度和自旋密度的cube文件、做mulliken布居分析这几样设置适合单点能计算，没必要在几何优化中启用且每一步都做，不仅产生一大堆文件很占硬盘空间，还因布居分析的额外步骤而增加耗时。不会分析的话别开，实在想作为过程监控的话用每个字段下的&EACH/GEO_OPT减小输出频率。

2429783189

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-8-19 15:20
几何优化也要监控结构变化情况，用VMD检查输出的.xyz轨迹文件（并按multiwfn提示的Command of showing bo ...

谢谢老师打了这么多字耐心回复我，已删去molden和cube的输出，并提升CUTOFF，但是突然发现slab的表面不够大到足以吸附分子（分子略大），因此周期性的两个方向YZ分别由*2加到*3，但没有周期性的方向X是否能够减小一层呢？有点担心360个原子算不动了，下面两张图是2，3，3的结构，分别是吸附面和厚度图。


如果X方向不进行扩展，那么厚度如下图

请问不扩展的厚度是否能满足计算需求呢？为方便各位查看我把结构文件上传到附件了。

Uus/pMeC6H4-/キ

2429783189 发表于 2025-8-19 20:27
谢谢老师打了这么多字耐心回复我，已删去molden和cube的输出，并提升CUTOFF，但是突然发现slab的表面不够 ...

这个倾斜的结构看着有些别扭，再确认一下，选择Fe2O3的晶型、从数据库中下载、切(110)晶面的步骤都是怎么做的，被吸附分子的长宽大概是多少？

常见的alpha型hematite的结构是三方晶系的，不像立方晶系那样三个晶轴等效，因而(110)晶面和(101)晶面并不等价。记录惯用六方晶胞的文件可能用了a=b≠c，γ=120°的晶格常数也可能用了a=c≠b，β=120°的晶格常数，此时前者对应的(110)晶面与后者对应的(110)晶面也不一样。

对COD-9000139这个a=b≠c，γ=120°的Fe2O3结构，(110)晶面看着就比较规整，方便切面扩胞时获得正交的盒子。