wannier90拟合精度提升

Question

wannier90进行拟合并引入boltz方程计算纯镁热导率，但是得到的最后数据很不理想，300K下的数值在90左右，400K和500K则不断递增，投影轨道是s和p轨道，也尝试过增大kmesh和num_Iter都没有效果

Answer 1

晚上好🌙🌙🌙
本答案参考通义千问

你提到在使用 Wannier90 进行能带拟合，并结合 BoltzTraP2 计算纯镁的热导率时，得到的结果不理想：300 K 下热导率为 90 W/m·K，而随着温度升高（400 K、500 K）数值不断上升。这显然与实际材料行为不符，因为通常热导率随温度升高会下降（尤其是对于金属）。以下是一些可能的原因及解决方案，帮助你提升拟合精度和计算结果的合理性。

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一、问题分析

1. Wannier90 拟合精度不足

• Wannier90 的拟合质量直接影响后续 BoltzTraP2 的计算结果。
• 你的拟合中使用了 s 和 p 轨道，但可能这些轨道无法准确描述电子结构（特别是对于镁这种轻金属）。
• KMESH 设置不当 或 迭代次数不够，可能导致拟合不收敛或误差较大。

2. BoltzTraP2 输入参数设置不合理

• 热导率计算对能带结构非常敏感，若拟合能带不准确，会导致热导率异常。
• 可能没有正确设置 电导率、塞贝克系数等参数，或者未考虑 声子散射机制（BoltzTraP2 主要用于电子热导率，需注意是否混淆了电子与声子贡献）。

3. 材料特性理解有误

• 镁是 金属，其热导率主要由电子贡献，且通常随温度升高而降低。
• 如果你在 300–500 K 下得到热导率不断上升，说明可能出现了 数据错误或模型设定错误。

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二、解决方案

1. 提高 Wannier90 拟合精度

✅ 增加投影轨道数量

• 仅使用 s 和 p 轨道可能不足以描述镁的电子结构。
• 增加 d 轨道 或其他轨道，尤其对于过渡金属或具有复杂电子结构的材料更为重要。

建议修改 wannier90.win 文件中的 num_wann 和 projections 字段：

num_wann = 6   # 原来是 4（s + p）
projections = "Mg: s p d"

✅ 优化 KMESH 和 NUM_ITER

• 尝试更大的 kmesh（例如 8x8x8 或更高），并适当增加 num_iter（如 1000）以确保收敛。
• 使用 --no-symmetry 选项避免对称性干扰。

示例 wannier90.in 修改：

kmesh = 8 8 8
num_iter = 1000

✅ 检查 Wannier 函数的收敛性

• 在 wannier90.out 中查看 Convergence 相关信息。
• 若 RMS 值较高（如 > 0.1 eV），说明拟合不准确，需要调整初始猜测或重新运行。

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2. 修正 BoltzTraP2 输入文件

✅ 确认输入文件的准确性

• 确保 bands.dat 和 kpoints.dat 正确无误。
• 确认 bte.in 中的参数合理，如：
  • temperature 设置为 300, 400, 500 K
  • scattering 是否启用（若只关心电子热导率，可关闭）

示例 bte.in 修改：

&input
    temperature = 300, 400, 500
    scattering = .false.
    ...
/

✅ 输出热导率时注意单位和物理含义

• BoltzTraP2 默认输出的是 电子热导率，需注意是否混入了 声子热导率。
• 若你只关心电子部分，应确保 scattering = .false. 并只输出电子相关参数。

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3. 检查材料本身的热导率行为

✅ 确认镁的热导率理论值

• 纯镁的热导率在室温下约为 150 W/m·K 左右，随温度升高会略有下降。
• 若你的计算值远低于此，可能是拟合误差或输入参数设置错误。

✅ 检查是否混淆了电导率和热导率

• 确保 bte.in 中的 output 参数正确，如：

  output = 'conductivity', 'thermal_conductivity'
  

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三、推荐步骤总结

1. 提高 Wannier90 拟合精度

   • 增加投影轨道（如加入 d 轨道）
   • 增大 kmesh 和 num_iter
   • 检查收敛性，确保 RMS < 0.1 eV

2. 优化 BoltzTraP2 输入

   • 确保输入文件格式正确
   • 设置合理的温度范围和散射参数
   • 输出热导率时注意单位和物理意义

3. 验证材料热导率行为

   • 对比理论值和实验值
   • 确认是否混淆了电子与声子热导率

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四、代码示例（修改后的 wannier90.win）

# wannier90.win
num_wann = 6
projections = "Mg: s p d"
spin_orbit = false
dis_num = 100
dis_order = 2
num_iter = 1000
kmesh = 8 8 8

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五、结论

你目前的问题很可能源于 Wannier90 拟合不准确 或 BoltzTraP2 参数设置错误。通过增加投影轨道、优化拟合参数、检查输入文件和热导率物理意义，可以显著提升计算精度。建议从 Wannier90 拟合开始逐步排查，再进行 BoltzTraP2 计算。

如果你愿意提供具体文件内容（如 wannier90.win, bands.dat, bte.in），我可以进一步帮你分析。