CELL_OPT to obtain lattice parameters close to experimental values.

1,048 views
Skip to first unread message

ganta.pra...@gmail.com

unread,
Sep 21, 2017, 5:02:59 AM9/21/17
to cp...@googlegroups.com
Hi all,

I am trying to do cell optimization of a goethite FeOOH unit cell.  The lattice parameters of the considered unit cell are a=9.91340  b=3.0128, c=4.58 ( the same values I used in cp2k).

I have tested all three cases (direct cell opt, geo opt, MD) of the CELL_OPT and 

The cell optimized values are approximately a=9.33, b=3.063 c=4.179. 
The experiment values of lattice constants are a=9.96 b=3.02  c=4.62. 

I want to obtain the optimized values close to expt. values. 

In trail and error, I have used STESS_TENSOR NUMERICAL, I have disabled D3 correction and I have also used zero pressure.  



Below is my input file. 
&Global                                                                                                                                                                                                        
  PROJECT goethite_cellopt                                                                                                                                                                                     
  RUN_TYPE CELL_OPT                                                                                                                                                                                            
  PRINT_LEVEL LOW                                                                                                                                                                                              
&END GLOBAL                                                                                                                                                                                                    
                                                                                                                                                                                                               
&FORCE_EVAL                                                                                                                                                                                                    
  METHOD Quickstep                                                                                                                                                                                             
  STRESS_TENSOR ANALYTICAL                                                                                                                                                                                     
  &DFT                                                                                                                                                                                                         
    BASIS_SET_FILE_NAME BASIS_MOLOPT                                                                                                                                                                           
    POTENTIAL_FILE_NAME GTH_POTENTIALS                                                                                                                                                                         
    CHARGE 0                                                                                                                                                                                                   
    MULTIPLICITY 1                                                                                                                                                                                             
    &MGRID                                                                                                                                                                                                     
      NGRIDS 5                                                                                                                                                                                                 
      CUTOFF 600                                                                                                                                                                                               
      REL_CUTOFF 60                                                                                                                                                                                            
    &END                                                                                                                                                                                                       
    &QS                                                                                                                                                                                                        
       METHOD GPW                                                                                                                                                                                              
       EPS_DEFAULT 1.0E-12                                                                                                                                                                                     
       EXTRAPOLATION ASPC                                                                                                                                                                                      
       EXTRAPOLATION_ORDER 4                                                                                                                                                                                   
    &END                                                                                                                                                                                                       
    &SCF                                                                                                                                                                                                       
      SCF_GUESS ATOMIC                                                                                                                                                                                         
      MAX_SCF 1500                                                                                                                                                                                                                                               
      EPS_SCF 1.0E-8                                                                                                                                                                                           
      &OUTER_SCF                                                                                                                                                                                               
        MAX_SCF 30                                                                                                                                                                                             
        EPS_SCF 1.0E-8                                                                                                                                                                                         
      &END                                                                                                                                                                                                     
      ADDED_MOS  30                                                                                                                                                                                            
      CHOLESKY INVERSE                                                                                                                                                                                         
      &SMEAR  ON                                                                                                                                                                                               
        METHOD FERMI_DIRAC                                                                                                                                                                                     
        ELECTRONIC_TEMPERATURE [K] 300                                                                                                                                                                         
      &END SMEAR                                                                                                                                                                                               
      &DIAGONALIZATION                                                                                                                                                                                         
        ALGORITHM STANDARD                                                                                                                                                                                     
      &END DIAGONALIZATION                                                                                                                                                                                     
      &MIXING                                                                                                                                                                                                  
        METHOD  BROYDEN_MIXING                                                                                                                                                                                 
        ALPHA   0.1                                                                                                                                                                                            
        BETA    1.5                                                                                                                                                                                            
        NBROYDEN 8                                                                                                                                                                                             
      &END MIXING                                                                                                                                                                                              
    &END SCF                                                                                                                                                                                                   
    &XC                                                                                                                                                                                                        
      &XC_FUNCTIONAL PBE                                                                                                                                                                                       
      &END XC_FUNCTIONAL                                                                                                                                                                                       
      &VDW_POTENTIAL                                                                                                                                                                                           
        POTENTIAL_TYPE PAIR_POTENTIAL                                                                                                                                                                              
        &PAIR_POTENTIAL                                                                                                                                                                                        
          PARAMETER_FILE_NAME dftd3.dat                                                                                                                                                                        
          TYPE DFTD3                                                                                                                                                                                           
          REFERENCE_FUNCTIONAL PBE                                                                                                                                                                             
          R_CUTOFF [angstrom] 15                                                                                                                                                                               
        &END                                                                                                                                                                                                   
      &END VDW_POTENTIAL                                                                                                                                                                                       
    &END XC                                                                                                                                                                                                    
  &END DFT                                                                                                                                                                                                     
                                                                                                                                                                                                               
  &SUBSYS                                                                                                                                                                                                      
    &CELL                                                                                                                                                                                                      
      ABC [angstrom] 9.91340 3.01280 4.58000                                                                                                                                                                   
      PERIODIC XYZ                                                                                                                                                                                             
    &END CELL                                                                                                                                                                                                  
    &TOPOLOGY                                                                                                                                                                                                  
      COORD_FILE_NAME goethite_unitcell.xyz                                                                                                                                                                    
      COORD_FILE_FORMAT XYZ                                                                                                                                                                                    
      &CENTER_COORDINATES T                                                                                                                                                                                    
      &END CENTER_COORDINATES                                                                                                                                                                                  
    &END                                                                                                                                                                                                       
    &KIND H                                                                                                                                                                                                    
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-SR-GTH                                                                                                                                                                             
      POTENTIAL GTH-PBE-q1                                                                                                                                                                                     
    &END KIND                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            &KIND Fe                                                                                                                                                                                                   
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-SR-GTH                                                                                                                                                                             
      POTENTIAL GTH-PBE-q16                                                                                                                                                                                    
    &END KIND                                                                                                                                                                                                  
    &KIND O                                                                                                                                                                                                    
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-SR-GTH                                                                                                                                                                             
      POTENTIAL GTH-PBE-q6                                                                                                                                                                                     
    &END KIND                                                                                                                                                                                                  
                                                                                                                                                           
  &END SUBSYS                                                                                                                                                                                                  
&END FORCE_EVAL                                                                                                                                                                                                
                                                                                                                                                                                                               
&MOTION                                                                                                                                                                                                        
 &CELL_OPT                                                                                                                                                                                                     
   OPTIMIZER BFGS                                                                                                                                                                                              
   MAX_ITER  5000                                                                                                                                                                                           
   KEEP_ANGLES T 
   EXTERNAL_PRESSURE 1.01325 0 0 0 1.01325 0 0 0 1.01325                                                                                                                                                                                  
 &END                                                                                                                                                                                                          
&END  


Goethite unit cell

16                                                                                                                                                                                                             
Fe H O2                                                                                                                                                                                                        
Fe    1.446365    0.753200    4.357412                                                                                                                                                                         
Fe    8.467034    2.259600    0.222588                                                                                                                                                                         
Fe    3.510335    2.259600    2.067412                                                                                                                                                                         
Fe    6.403065    0.753200    2.512588                                                                                                                                                                         
 H    8.912147    0.753200    2.752580                                                                                                                                                                         
 H    1.001253    2.259600    1.827420                                                                                                                                                                         
 H    5.957953    2.259600    0.462580                                                                                                                                                                         
 H    3.955446    0.753200    4.117420                                                                                                                                                                         
 O    7.940633    0.753200    1.305300                                                                                                                                                                         
 O    1.972767    2.259600    3.274700                                                                                                                                                                         
 O    6.929466    2.259600    3.595300                                                                                                                                                                         
 O    2.983933    0.753200    0.984700                                                                                                                                                                         
 O    9.400877    0.753200    3.682320                                                                                                                                                                         
 O    0.512523    2.259600    0.897680                                                                                                                                                                         
 O    5.469223    2.259600    1.392320                                                                                                                                                                         
 O    4.444177    0.753200    3.187680        


Please let me know if you have any suggestions. 
                                          
                  


































Goethite_unitcell.xyz

Vladimir Rybkin

unread,
Sep 22, 2017, 5:27:42 AM9/22/17
to cp2k
Dear ... ,

here is a couple of comments:
1) the results are not that bad bearing in mind all approximations made in the PBE functional;
2) MOST IMPORTANTLY: one needs to converge the the calculations with respect to k-points. In practice, as you are performing a Gamma-point calculation, you should use a supercell, i.e. replicate your unit cell at least twice in b and c directions.
3) Why are you using smearing: is it a metal?
4) MOLOPT basis sets are better suited to molecular calculations. Try GTH basis sets.
5) GEO_OPT does not optimize the cell at all, that's not an option.
6) I don't think you need external pressure as soon as you get a reasonable large cell.

Yours,

Vladimir

четверг, 21 сентября 2017 г., 11:02:59 UTC+2 пользователь ganta.pra...@gmail.com написал:
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages