技术摘要：
本发明公开了一种基于高通量材料计算的全自动声子谱计算方法及其系统，该方法包括：A、利用工作流设计模块创建声子谱计算工作流、加载待计算的晶体结构及进行参数设置；B、利用工作流执行引擎模块，调用解析和执行模块，对声子谱计算工作流进行解析和执行；C、将待计算  全部
背景技术：
声子(Phonon)，即晶格振动的简正模能量量子。在固体物理学的概念中，结晶态固 体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。在晶体中，原子间存在相互作用，原子 并非静止的，一方面，它们总是围绕着其平衡位置在做不断的振动；另一方面，这些原子又 通过其间的相互作用力而联系在一起，即它们各自的振动不是彼此独立的。原子之间的相 互作用力一般可以很好地近似为弹性力。 声子谱是评判体系能否稳定存在的一个重要指标，利用声子谱计算可获取一些热 力学性质，如声子色散谱、声子态密度、自由能、热容量、焓，是材料计算中常用的一个计算 量。 但，目前常用的材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件，如VASP (Vienna  Ab-initio  Simulation  Package)，并不支持直接计算声子谱的功能，还需要和专 门开展声子计算的软件以及绘图软件相结合，再经过多个处理步骤才能得到声子谱。VASP 的本身计算就比较烦琐，加上声子谱的专门计算，更是增加了其难度。 例如：传统的声子谱计算中，基于VASP开展声子谱计算，主要通过VASP Phonopy (一款晶体声子分析程序)的结合，目前主要有两种方法： 方法一：VASP&Phonopy法。通过产生批量的微扰结构，对每个微扰结构，分别通过 VASP计算原子受力，再调用Phonopy工具得到声子谱文件，调用绘图软件得到声子谱。 方法二：VASP-DFPT法。构建超胞，产生一批微扰结构，对SPOSCAR开展VASP计算 (IBRION＝8and  NSW＝1)，获取Hessian矩阵，从而得到力学常数及声子谱文件，最后调用绘 图软件得到声子谱。 此外，国内一些学术网站上，如计算材料学、百度经验、小木虫、直达理工以及科学 网等，也公开了一些基于VASP开展声子谱计算的介绍，基本都围绕上述方法展开。 下面以较为简单的VASP-DFTP的方法为例，说明声子谱计算的具体过程如下： 1)下载安装Phonopy(若没有VASP，也需下载、安装和编译VASP)。 2)构建超胞。准备POSCAR文件，运行phonopy-d–dim＝“1  1  3”，产生超胞。命令完 成后会生成很多POSCAR001，POSCAR002，POSCAR003,...以及SPOSCAR。 3)文件重命名(将SPOSCAR重命名为POSCAR，POSCAR改为POSCAR-unitcell)。 4)进行VASP计算，得到vasprun.xml文件(注意：IBRION＝8and  NSW＝1)。 5)由Phonopy程序，以及调用绘图软件，处理后得到最终的声子谱。 具体步骤如下： a)运行phonopy--fc  vasprun.xml，生成力学常数文件： ORCE_CONSTANTS。 4 CN 111599421 A 说　明　书 2/6 页 b)在band.conf文件中加入一行FORCE_CONSTRAINS＝READ。 c)运行phonopy--dim＝"m  n  l"-c  POSCAR-unitcell  band.conf。 d)获取声子谱文件。bandplot--gnuplot>PHONO.dat。 e)声子谱绘图。通过数据处理软件(如Origin)处理PHONO.dat。 从上述分析可以看到，即便采用最简单的方式，开展一个声子谱计算，就涉及如下 众多环节，包括：前处理、VASP计算、后处理、绘图等多个步骤；涉及多个软件的集成使用，如 VASP、Phonopy、绘图软件等；需在Linux命令行方式使用，如果编写循环程序，需要对Linux 比较熟悉；不同软件间的数据的转换和处理，极其容易出错；需要解决机时问题；通过数据 后处理得到的声子谱数据、声子色散谱、声子态密度、自由能、热容量、焓等物性，还涉及如 何永久的存储的问题。尤其是，如果采用方法一，还需要产生一批微扰结构，对每一个微扰 结构分别开展VASP计算，获取力常数(force  constant)。 因此，开发一种能够有效降低声子谱的计算难度的技术，是材料计算当前亟待解 决的重要问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于高通量材料计算的全自动声子谱 计算方法及其系统，通过高通量材料计算技术，以一种一键式、网络化、图形化、流程化、自 动化地开展声子谱计算，还能够将获取的热力学物性数据自动存储在数据库中，实现声子 谱计算的前处理、VASP计算、后处理以及绘图等多个步骤的衔接和流程化，并能够实现大批 量VASP的平行计算和规约化处理。 为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 一种基于高通量材料计算的全自动声子谱计算方法，该方法包括： A、登录高通量材料计算系统，利用工作流设计模块基于预置的声子谱计算模板创 建声子谱计算工作流、加载待计算的晶体结构、及进行参数设置的步骤； B、利用工作流执行引擎模块，调用所述高通量材料计算系统的解析和执行模块， 对所述声子谱计算工作流进行解析和执行的步骤； C、将待计算的晶体结构放入待计算晶体结构集模块中的步骤； D、通过微扰结构模块，构建超胞，以及批量生成批量的微扰结构； E、利用第一原理静态计算模块，对超胞进行静态计算，获取波函数文件；并通过所 述第一原理静态计算模块，利用所述波函数文件，对所述批量生成的微扰结构进行第一原 理静态能量计算，获得原子受力数据； F、通过声子谱计算模块，对所述批量生成的微扰结构的计算结果进行处理，获取 所述微扰结构的原子受力值，构建二阶力常数矩阵，计算声子频率和特征值，得到声子谱图 及获取相关热力学数据。 较佳地，该方法还包括： G、将声子谱计算的中间数据、声子谱计算的结果数据存储进数据库中的步骤。 步骤C所述将待计算的晶体结构放入待计算晶体结构集模块中，具体为：将待执行 高通量材料计算晶体结构放入晶体容器中，所述晶体容器提供通过数据建库上传、通过硬 盘上传，以及结构在线设计，将待计算的晶体结构置入所述晶体容器晶体结构集中。 5 CN 111599421 A 说　明　书 3/6 页 步骤D所述批量生成若干个微扰结构，具体为：利用有限位移位运算模块产生多个 微扰结构。 步骤E所述利用第一原理静态计算模块对所述微扰结构进行静态能量计算的步 骤，还包括：进行参数设置的步骤，所述参数包括：高性能计算参数设置、第一原理计算参数 设置和个性化参数设置。 所述参数能够通过第一原理静态计算模块的参数设置表进行在线修改。 执行步骤B～步骤E进行声子计算前，还需要对K点网格进行设置。 第一原理静态计算模块为VASP静态计算模块。 一种基于高通量材料计算的全自动声子谱计算系统，包括： 工作流设计模块，用于创建声子谱计算工作流、加载待计算的晶体结构及进行参 数设置； 工作流执行引擎模块，用于调用所述高通量材料计算系统的解析和执行模块； 解析和执行模块，用于对所述声子谱计算工作流进行解析和执行； 待计算晶体结构集模块，用于放入待计算的晶体结构； 微扰结构模块，用于根据调用的声子谱计算模板，构建若干个超胞，批量生成若干 个微扰结构； 第一原理静态计算模块，用于对超胞进行静态计算，获取波函数文件；并利用所述 波函数文件，对所述批量生成的微扰结构进行第一原理静态能量计算，获得原子受力数据； 声子谱计算模块，对所述批量生成的微扰结构的计算结果进行处理，获取所述微 扰结构的原子受力值，构建二阶力常数矩阵，计算声子频率和特征值，得到声子谱图及获取 相关热力学数据。 较佳地，还包括：数据库，用于存储声子谱计算的中间数据、声子谱计算的结果数 据。 本发明的基于高通量材料计算的全自动声子谱计算方法及其系统，具有如下有益 效果： 1)通过在MatCloud 材料云平台环境下，应用本发明的声子谱计算方法及其系统 进行高通量材料计算，能够以一键式、网络化、图形化、流程化、自动化地方式开展声子谱计 算，并将获取的热力学物性数据，自动地存储在数据库中。 2)采用本发明，能够实现声子谱计算的前处理、VASP计算、后处理、绘图等多个步 骤的衔接和流程化，进而实现了大批VASP的平行计算以及归约化处理。一旦计算结束，即可 直接得到声子谱，从而实现了从用户端到数据端的材料计算过程简化。 附图说明 图1为本发明实施例基于高通量材料计算的全自动声子谱计算流程示意图； 图2为本发明实施例计算声子谱的工作流示意图(该声子谱计算模板已将声子谱 计算的各环节有效集成，包括微扰结构模块、第一原理静态计算模块和声子谱计算模块)； 图3为本发明实施例的将待执行高通量材料计算的R53(C12H6)放入晶体容器 (Crystal  Structure)晶体结构集中示意图； 图4为本发明实施例的创建一定数量的超胞产生若干个微扰结构的过程示意图； 6 CN 111599421 A 说　明　书 4/6 页 图5为本发明实施例对所述微扰结构开展VASP计算进行参数设置的界面示意图； 图6为本发明实施例VASP  INCAR参数设置表示意图； 图7为对K点网格进行设置的界面示意图； 图8为对静态能量计算进行状态监控和结果查看界面示意图； 图9为声子谱计算工作流程完成后声子谱自动生成示意图； 图10为声子谱计算工作流程完成后声子态密度自动生成示意图； 图11为声子谱计算工作流程完成后焓和吉布斯自由能自动获取示意图； 图12为声子谱计算工作流程完成后熵的自动获取结果示意图； 图13为声子谱计算工作流程完成后热容的自动获取结果示意图； 图14为本发明实施例基于高通量材料计算的全自动声子谱计算系统结构示意图。