quantum-espresso

name quantum-espresso description Use when working on first-principles materials calculations with Quantum ESPRESSO, including SCF, band structures, DOS, phonons, electron-phonon coupling, Fermi surfaces, or charge density. Quantum ESPRESSO 第一性原理计算 用 Quantum ESPRESSO 做 DFT / DFPT：基态、能带、DOS、声子、电声耦合、费米面和电荷密度分析。 本 skill 故意保持轻量 ： 它负责告诉 agent 什么时候该用 QE、标准计算链路是什么、哪些物理与数值规范不能忽略 它 不 承担输入文件字段和程序参数手册的职责 具体输入变量、namelist 字段、程序差异统一去查 scholaraio toolref Agent 默认协议（toolref-first） 对 QE 问题，agent 默认按这个顺序工作： 先判断任务属于哪个程序： pw.x 、 ph.x 、 matdyn.x 、 q2r.x 、 dos.x 、 projwfc.x 写输入文件或解释参数前，先用 scholaraio toolref show qe ... 查关键变量 不确定变量归属时，先 search 再 show 如果 toolref 已能回答，就不要把 skill 当第二份参数手册 如果 toolref 缺页或命中不好，先继续完成用户任务，再回报这是 toolref 覆盖缺口，而不是把补文档工作甩给用户 这意味着： 普通用户不需要自己打磨 QE toolref agent 应优先自己查、自己判断、自己退化处理 只有在同一缺口反复出现时，才值得进入正式 onboarding/维护流程 前置条件 # 安装 conda install -c conda-forge qe # 或编译 GPU 版（推荐 A100） # 赝势下载 # PseudoDojo NC (DFPT 推荐): http://www.pseudo-dojo.org/ # SSSP Efficiency: https://www.materialscloud.org/discover/sssp 验证： pw.x --version 应显示版本。GPU 版本确认 CUDA 支持。 何时使用 适合： 晶体材料的电子结构、能带、DOS、声子、超导、电荷密度 需要第一性原理精度、并能接受较高计算成本的任务 不适合： 需要大尺度长时间分子动力学时，优先经典 MD 只是想快速试错而没有结构、赝势、收敛策略时，不要直接上正式算例 Toolref 优先 当 agent 不确定 QE 输入变量、程序名、namelist 所属、默认值或适用条件时， 先查 toolref 。 常用查法： scholaraio toolref search qe "wavefunction cutoff" scholaraio toolref show qe pw ecutwfc scholaraio toolref show qe pw occupations scholaraio toolref show qe ph tr2_ph scholaraio toolref show qe matdyn asr 推荐习惯： 写 .in 文件前，先查关键变量 不靠旧博客记忆 SYSTEM / ELECTRONS / INPUTPH 字段 程序切换时先确认变量属于 pw.x 、 ph.x 、 matdyn.x 还是别的模块 如果遇到覆盖缺口： 先继续用官方手册或源码文档完成任务 在回答里明确说明“这里使用了 toolref 之外的官方文档” 不要要求用户自己先去补齐文档层 核心工作流 知识库协作模式 用 scholaraio usearch "<材料名称> DFT" 检索相关论文 从论文提取：晶体结构、交换关联泛函、k 网格、截断能、实验基准值 在输入文件注释中标注参数来源 计算完成后与实验数据（晶格常数、能带间隙、声子频率）对比 计算流程 SCF (pw.x) → 基态电荷密度 ├─ NSCF (pw.x) → 能带/DOS 的本征值 │ ├─ bands.x → 能带结构后处理 │ ├─ dos.x → 态密度 │ ├─ projwfc.x → 投影态密度（轨道分辨） │ └─ fs.x → 费米面 (.bxsf) ├─ Phonons (ph.x) → DFPT 声子计算 │ ├─ q2r.x → 实空间力常数 │ ├─ matdyn.x → 声子色散插值 │ └─ e-ph → 电声耦合 (α²F, λ, Tc) └─ pp.x → 电荷密度/ELF 后处理 建议工作流： 从论文或数据库确定结构、磁性、泛函、赝势候选 先做 SCF 与收敛测试 再做 NSCF / 能带 / DOS 需要振动性质时做 DFPT 需要超导分析时做电声耦合和 Tc 估算 最后统一和实验或文献做定量对比 关键任务类型 基态性质：总能、晶格常数、磁矩、应力 能带 / DOS / PDOS：电子结构解释 声子色散：动力学稳定性、软模、热性质 电声耦合： alpha2f , λ , Tc 电荷密度 / ELF / 费米面：成键与输运解释 电声耦合 & Tc 如果 ph.x 中设了 electron_phonon = 'interpolated' ，会输出 alpha2f.dat （Eliashberg 谱函数）。 从 α²F(ω) 计算： λ = 2 ∫ α²F(ω)/ω dω ωlog = exp[(2/λ) ∫ α²F(ω) ln(ω)/ω dω] Tc = (ωlog/1.2) × exp[-1.04(1+λ) / (λ - μ*(1+0.62λ))] Allen-Dynes 公式中 μ* = 0.10-0.15（Coulomb 伪势）， 必须讨论 μ 敏感性 *。 典型查询点 ecutwfc , ecutrho , occupations , smearing , degauss conv_thr , mixing_beta tr2_ph , ldisp , electron_phonon asr 与后处理程序的变量位置 这些都应该通过 toolref 查询当前版本定义。 赝势选择 类型 优点 缺点 何时用 NC (Norm-Conserving) DFPT 最干净 截断能较高 声子计算 US (Ultrasoft) 截断能低 DFPT 可用但更复杂 大体系 SCF PAW 最准确 QE 中 DFPT 支持有限 精确能带 科学规范：声子计算优先用 NC 赝势。 并行策略 # k 点并行（最常用） mpirun -np 16 pw.x -npool 4 < scf.in > scf.out # 每 pool 处理 1/4 的 k 点 # ph.x 并行 mpirun -np 16 ph.x -npool 4 < ph.in > ph.out # 可加 -nimage 对 q 点/不可约表示并行 GPU 版 pw.x ：每 GPU 一个 MPI rank， -npool = N_GPU 。 可视化 工具 用途 matplotlib 能带结构、DOS、声子色散、α²F VESTA 电荷密度/ELF 3D 等值面 XCrySDen 费米面 (.bxsf) FermiSurfer 费米面（轨道着色） ifermi (Python) 费米面（pip 可装） 科学规范 检查项 正确做法 常见错误 截断能 收敛测试（总能 vs ecutwfc） 用默认值不测试 k 网格 收敛测试（金属需密集） 网格太粗 展宽 金属用 MV， degauss 0.01-0.03 Ry 用 Gaussian 展宽 赝势 声子用 NC（PseudoDojo） 混用不同来源的赝势 声学求和规则 asr = 'crystal' in matdyn.x 声学支不归零 μ* 讨论 0.10-0.15 范围敏感性 固定一个值不讨论 晶格优化 vc-relax 后再做性质计算 用实验晶格常数不优化 附加规范： 不要只给出“算出来了”，要报告收敛性与误差来源 不要把单次参数设置当金标准，收敛测试必须可追溯 对金属和绝缘体的展宽策略要明确区分 Agent 行为准则 不要凭印象写 QE 输入字段，查 toolref 不要跳过收敛测试直接解读物理 不要把 DFT 数值结果当实验事实，必须说明泛函、赝势和近似 不要只给带图，要回到材料物理问题解释结果