<div dir="ltr"><div><div><div><div>Hello all,<br><br></div>I am trying to calculate the phonon dispersion of a monolayer MXene structure, Ti3C2O2. My input files roughly follow the recipe laid out in the following publication: <b>Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 9997--10003</b>, with the exception that I am trying to use Perturbation theory rather than a supercell approach.<b> </b>I have pasted my input files below for clarity. I am using QE-6.1. I start with a force relaxation calculation where the forces relax to<b>: 0.000039 Ry/bohr or ~0.001 eV/Ang</b>. After the structural relaxation, I perform a gamma-only phonon calculation to see if the gamma-point frequencies reproduce those shown the in publication above, and they more or less do. So I then move on to a full phonon dispersion calculation, where the dyn1 Gamma-point converges well (with conv_thr=1.0d-12) with reasonable frequencies (see below) but dyn2 does not converge unless I loosen the conv_thr to ~2.0d-8. In doing so, I get very erratic frequencies.<br></div><div><b><br></b></div><div><b>%% resulting forces and pressure</b><br></div><div>     Forces acting on atoms (cartesian axes, Ry/au):<br><br>     atom    1 type  1   force =     0.00000000    0.00000000    0.00002656<br>     atom    2 type  1   force =     0.00000000    0.00000000   -0.00001506<br>     atom    3 type  1   force =     0.00000000    0.00000000   -0.00001422<br>     atom    4 type  2   force =     0.00000000    0.00000000    0.00001412<br>     atom    5 type  2   force =     0.00000000    0.00000000   -0.00001214<br>     atom    6 type  3   force =     0.00000000    0.00000000   -0.00000168<br>     atom    7 type  3   force =     0.00000000    0.00000000    0.00000242<br><br>     <b>Total force =     0.000039 </b>    Total SCF correction =     0.000002<br><br><br>     Computing stress (Cartesian axis) and pressure<br><br>          total   stress  (Ry/bohr**3)                   (kbar)     P=   -3.79<br>  -0.00000053  -0.00000000   0.00000000         -0.08     -0.00      0.00<br>  -0.00000000  -0.00000053   0.00000000         -0.00     -0.08      0.00<br></div><div>   0.00000000   0.00000000  -0.00007620          0.00      0.00   <b> -11.21  !! is this alarmingly high? even though the forces look fine.<br></b></div><div><b><br></b></div><b>%% Relaxation input file that give the above forces<br></b></div><div>&control<br>  calculation='vc-relax',<br>  restart_mode='from_scratch',<br>  outdir='./out_Ti3C2',<br>  max_seconds=144000,<br>  prefix='ti3c2o2_phonons',<br>  pseudo_dir='/qe-6.1/pseudo',<br>  forc_conv_thr=5.0D-5,<br>  etot_conv_thr=5.0D-5,<br>/<br>&system<br>  ibrav=0, celldm(1)=5.71020728999, !celldm(3)=6.120077,<br>  nat=7, ntyp=3,<br>  ecutwfc=40, ecutrho=320, occupations='smearing', smearing='methfessel-paxton',<br>  degauss=0.007349862,<br>/<br>&electrons<br>  electron_maxstep=250,<br>  mixing_beta=0.7,<br>  conv_thr=1.0d-12<br>/<br>&ions<br>  ion_dynamics='bfgs',<br>/<br>&cell<br>  cell_dynamics='bfgs',<br>  cell_dofree='2Dxy',<br>/</div><div>ATOMIC_SPECIES</div><div> Ti  47.867 Ti.pbe-sp-van_ak.UPF</div><div> C   12.01  C.pbe-van_ak.UPF</div><div> O   15.999  O.pbe-van_ak.UPF</div><div>ATOMIC_POSITIONS {alat}<br>Ti      0.0000000000    0.0000000000    2.0371640580 1 1 1<br>Ti      0.0000000000    0.5773502692    2.8897518789 1 1 1<br>Ti      0.5000000000    0.288675135     1.1845717437 1 1 1<br>C       0.5000000000    0.288675135     2.4539683895 1 1 1<br>C       0.0000000000    0.5773502692    1.6203671083 1 1 1<br>O       0.0000000000    0.0000000000    3.1916866966 1 1 1<br>O       0.0000000000    0.0000000000    0.8826244595 1 1 1<br>K_POINTS automatic<br> 27 27 3 0 0 0<br>CELL_PARAMETERS alat<br>   0.999999999  -0.000000000   0.000000000  1 1 0<br>  -0.500000000   0.866025404   0.000000000  1 1 0<br>  -0.000000000  -0.000000000   6.705027151  0 0 0<br></div><div><b>SCF pw.x input file nearly identical minus the options for the relaxation calc. Also MXene's of this type are metallic so smearing is used. I use the same amount of smearing as the publication above.</b><br></div><div><br></div><b>%% Phonon ph.x input</b><br></div><div>&inputph<br>  !recover=.true.,<br>  tr2_ph=1.0d-12, ! desired conv_thr<br>  ! tr2_ph=2.0d-9, ! used for dyn2 mode 1 !! pw_forum can ignore this<br>  ! tr2_ph=2.0d-8, ! for the stubborn dyn2<br>  max_seconds=324000,<br>  prefix='ti3c2o2_phonons',<br>  ldisp=.true.,<br>  nq1=9, nq2=9, nq3=1,<br>  start_q=2, last_q=2,<br>  amass(1)=47.867,<br>  amass(2)=12.01,<br>  amass(3)=15.999,<br>  outdir='./out_Ti3C2'<br>  fildyn='ti3c2o2.dyn',<br>/</div><div><br></div><div><b>%% frequencies from gamma-only phonon calculation (input file not shown) but conv_thr was 1.0d-12</b><br></div><div>     Diagonalizing the dynamical matrix<br><br>     q = (    0.000000000   0.000000000   0.000000000 )<br><br> **************************************************************************<br>     freq (    1) =       0.253345 [THz] =       8.450683 [cm-1]<br>     freq (    2) =       1.719726 [THz] =      57.363871 [cm-1]<br>     freq (    3) =       1.719726 [THz] =      57.363871 [cm-1]<br>     freq (    4) =       3.619841 [THz] =     120.744905 [cm-1]<br>     freq (    5) =       3.619841 [THz] =     120.744905 [cm-1]<br>     freq (    6) =       5.807810 [THz] =     193.727688 [cm-1]<br>     freq (    7) =       5.807810 [THz] =     193.727689 [cm-1]<br>     freq (    8) =       5.960133 [THz] =     198.808631 [cm-1]<br>     freq (    9) =       9.061633 [THz] =     302.263531 [cm-1]<br>     freq (   10) =       9.061633 [THz] =     302.263531 [cm-1]<br>     freq (   11) =       9.786433 [THz] =     326.440252 [cm-1]<br>     freq (   12) =       9.786433 [THz] =     326.440252 [cm-1]<br>     freq (   13) =      10.842274 [THz] =     361.659340 [cm-1]<br>     freq (   14) =      14.767962 [THz] =     492.606185 [cm-1]<br>     freq (   15) =      14.767962 [THz] =     492.606185 [cm-1]<br>     freq (   16) =      16.094128 [THz] =     536.842320 [cm-1]<br>     freq (   17) =      16.094128 [THz] =     536.842320 [cm-1]<br>     freq (   18) =      17.189295 [THz] =     573.373155 [cm-1]<br>     freq (   19) =      17.357952 [THz] =     578.998944 [cm-1]<br>     freq (   20) =      20.684968 [THz] =     689.976250 [cm-1]<br>     freq (   21) =      22.301687 [THz] =     743.904207 [cm-1]</div><div><br></div><div><b>%% Generated q-points for 9x9x1 MP grid</b></div><div>     Dynamical matrices for ( 9, 9, 1)  uniform grid of q-points<br>     (  12q-points):<br>       N         xq(1)         xq(2)         xq(3)<br>       1   0.000000000   0.000000000   0.000000000<br>       2   0.000000000   0.128304047   0.000000000<br>       3   0.000000000   0.256608094   0.000000000<br>       4   0.000000000   0.384912141   0.000000000<br>       5   0.000000000   0.513216187   0.000000000<br>       6   0.111114564   0.192456070   0.000000000<br>       7   0.111114564   0.320760117   0.000000000<br>       8   0.111114564   0.449064164   0.000000000<br>       9   0.111114564   0.577368211   0.000000000<br>      10   0.222229128   0.384912141   0.000000000<br>      11   0.222229128   0.513216187   0.000000000<br>      12   0.333343692   0.577368211   0.000000000</div><div><br></div><div><b>%% frequencies at Gamma-point from full dispersion calculation for conv_thr=1.0d-12</b><br></div><div>     Diagonalizing the dynamical matrix<br><br>     q = (    0.000000000   0.000000000   0.000000000 )<br><br> **************************************************************************<br>     freq (    1) =      -1.943043 [THz] =     -64.812924 [cm-1]<br>     freq (    2) =      -1.943043 [THz] =     -64.812924 [cm-1]<br>     freq (    3) =      -1.146697 [THz] =     -38.249699 [cm-1]<br>     freq (    4) =       3.920804 [THz] =     130.783951 [cm-1]<br>     freq (    5) =       3.920804 [THz] =     130.783951 [cm-1]<br>     freq (    6) =       5.875260 [THz] =     195.977567 [cm-1]<br>     freq (    7) =       6.291059 [THz] =     209.847157 [cm-1]<br>     freq (    8) =       6.291059 [THz] =     209.847157 [cm-1]<br>     freq (    9) =       9.352154 [THz] =     311.954277 [cm-1]<br>     freq (   10) =       9.352154 [THz] =     311.954277 [cm-1]<br>     freq (   11) =      10.025397 [THz] =     334.411240 [cm-1]<br>     freq (   12) =      10.025397 [THz] =     334.411240 [cm-1]<br>     freq (   13) =      10.807507 [THz] =     360.499614 [cm-1]<br>     freq (   14) =      14.986167 [THz] =     499.884708 [cm-1]<br>     freq (   15) =      14.986167 [THz] =     499.884708 [cm-1]<br>     freq (   16) =      16.034628 [THz] =     534.857602 [cm-1]<br>     freq (   17) =      16.034628 [THz] =     534.857603 [cm-1]<br>     freq (   18) =      17.202121 [THz] =     573.801000 [cm-1]<br>     freq (   19) =      17.410826 [THz] =     580.762646 [cm-1]<br>     freq (   20) =      20.676124 [THz] =     689.681265 [cm-1]<br>     freq (   21) =      22.349113 [THz] =     745.486162 [cm-1]</div><div><br></div><div>(In my past simulations of various materials where I've achieved a good dispersion, I've noticed that small negative/imaginary frequencies near the gamma-point for acoustic modes are ok..)<br></div><div><br></div><b>%% frequencies at second q-point from full dispersion calculation after loosening conv_thr to 2.0d-8 due to convergence issues<br></b><div><div><div><b></b><div><div>     Diagonalizing the dynamical matrix<br><br>     q = (    0.000000000   0.128304047   0.000000000 )<br><br> **************************************************************************<br>     freq (    1) =     -58.972744 [THz] =   -1967.119008 [cm-1]<br>     freq (    2) =     -57.240460 [THz] =   -1909.336227 [cm-1]<br>     freq (    3) =     -48.504741 [THz] =   -1617.944007 [cm-1]<br>     freq (    4) =     -44.973984 [THz] =   -1500.170631 [cm-1]<br>     freq (    5) =     -24.011317 [THz] =    -800.931308 [cm-1]<br>     freq (    6) =     -20.216067 [THz] =    -674.335394 [cm-1]<br>     freq (    7) =     -14.459694 [THz] =    -482.323488 [cm-1]<br>     freq (    8) =       5.896048 [THz] =     196.671001 [cm-1]<br>     freq (    9) =      10.557595 [THz] =     352.163448 [cm-1]<br>     freq (   10) =      12.651229 [THz] =     421.999584 [cm-1]<br>     freq (   11) =      15.876635 [THz] =     529.587523 [cm-1]<br>     freq (   12) =      19.799490 [THz] =     660.439907 [cm-1]<br>     freq (   13) =      21.309016 [THz] =     710.792280 [cm-1]<br>     freq (   14) =      24.971802 [THz] =     832.969663 [cm-1]<br>     freq (   15) =      25.083773 [THz] =     836.704597 [cm-1]<br>     freq (   16) =      25.193004 [THz] =     840.348172 [cm-1]<br>     freq (   17) =      32.881094 [THz] =    1096.795223 [cm-1]<br>     freq (   18) =      41.517549 [THz] =    1384.876376 [cm-1]<br>     freq (   19) =      68.062454 [THz] =    2270.319090 [cm-1]<br>     freq (   20) =      71.147302 [THz] =    2373.218533 [cm-1]<br>     freq (   21) =      72.136680 [THz] =    2406.220630 [cm-1]<br></div></div><div><br></div><div>I've bolded part of the forces output above that shows a large negative pressure in the z-direction. It is unclear to me if that would cause such behavior. <br><div><br></div><div>If anyone notices an error in my input files or has had some experience with MXene structures please feel free to chime in. Any advice is greatly appreciated.<br></div><div><br></div><div>Cheers,</div><div>Cameron<br></div><div>-- <br><div class="gmail_signature"><div dir="ltr"><div><div>NanoEnergy and Thermophysics Lab<br></div>Electrical and Computer Engineering Dept. <br></div>University of Massachusetts Amherst<br></div></div>
</div></div></div></div></div></div>