Quantum ESPRESSO v7.1安装和学习资料

一、简介

Quantum ESPRESSO是一个开源的电子结构计算和材料模拟软件，它主要是基于密度泛函理论(DFT)，平面波和赝势理论，它的功能主要包括：

• 基态计算
  • 能量自洽，应力，Kohn—Sham轨道
  • 模守恒赝势(NCPP)和超软赝势(USPP)，缀加投影波(PAW)
  • 多种交换-关联泛函：从LDA到GGA(PW91, PBE, B88-P86, BLYP)再到meta-GGA, 再到精确交换(HF)和杂化泛函(PBE0, B3LYP, HSE)
  • 范德华修正：Grimme的D2,D3修正，XDM, 非局域范德华泛函
  • Hubbard U(DFT+U, DFT+U+V)
  • Berry相位极化
  • 非线性磁矩，自旋轨道耦合
• 结构优化，分子动力学和势能面
  • 准牛顿BFGS预处理的几何优化(GDIIS)
  • 阻尼动力学
  • Car-Parrinello分子动力学
  • 波恩-奥本海默分子动力学
  • 轻推弹性带(NEB)方法
• 量子输运
  • 弹道输运
  • 基于最大局域万尼尔函数(MLWF)的相干传输
  • 最大局域化万尼尔函数(MLWF)和输运性质
  • Kubo-Greenwood电导
• 电化学和特殊边界条件…
• 响应性质(微扰密度泛函理论)…
• 光谱性质…
  值得一提的是，qe在电声相互作用、弛豫时间计算等方面做的非常好。截至目前，QE的最新版本7.1版本，发布于2022.6.16，下面将介绍一下7.1最新版本的安装。

二、qe v7.1安装

1、联网安装

联网这一条件对于大部分超算集群都是不满足的，如果你使用的超算集群具备这一条件，那么恭喜你，你安装软件的道路将会是一帆风顺，对于qe，你只需要输入以下命令：

sudo apt-get install quantum-espresso

就可以完成qe的安装，简单方便快捷！

2、离线安装

如果你使用的集群和我所使用的一样，不具备联网的条件，那么就需要离线安装，主要包括以下几步：

2.1、准备工作

这里我们使用make来编译qe，编译之前需要准备安装MKL库和mpi并行库，大部分集群上都安装好了英特尔编译环境，其中包含这些需要的库，直接load就行了。

2.2、下载源码

这是下载地址：https://www.quantum-espresso.org/login/，下载前需要注册一下

2.3、安装

1. 解压文件, 并进入到文件目录中：

tar -zxvf qe-7.1-ReleasePack.tar.gz
cd qe-7.1/

2. 编译文件

./configure --prefix=/your install dir/
make all

然后就是漫长的编译过程，在编译与wannier90相关的工具时可能会报错中止，原因是没有安装wannier90，此时需要手动下载wannier90的安装包，这是下载地址：https://github.com/wannier-developers/wannier90/archive/v3.1.0.tar.gz，下载完成后放到archive文件夹下，编译一下，具体编译过程可以参考这篇文章：https://perturbo-code.github.io/mydoc_installation, wannier90编译完成后回到刚才中断的文件夹中，继续编译即可完成。

3. 安装
   编译完成后，这一步很简单，直接：

make install

即可完成，最终得到如下一系列可执行文件，其中最终要的文件就是pw.x，这一文件可以执行单点自洽计算和结构优化，包括DFT的主要功能。

三、一些有用的qe资源

• qe文件处理的一些小工具：https://www.densityflow.com/
• qe官网关于计算参数的说明(可以类比vasp的相关参数)：https://www.quantum-espresso.org/documentation/input-data-description/
• qe输入文件和结构可视化：https://www.materialscloud.org/work/tools/qeinputgenerator
• SSSP赝势库(包括效率和精度两个版本)：https://www.materialscloud.org/discover/sssp/table/efficiency
• 官方提供的赝势库：http://pseudopotentials.quantum-espresso.org/legacy_tables
• 一些qe教程：
  • 学术之友公众号的一些qe教程收集：
    • QE计算能带详细教程：https://mp.weixin.qq.com/s/w9tCZaU9jBVVPp2e5mZPoQ
    • QE学习指南：https://mp.weixin.qq.com/s/FJs8QBnI21gx2cbwx2tdWw
    • QE实践详解1，SiC的能带：https://mp.weixin.qq.com/s/VAwRXqMEHlEQuOdJmGbH-Q
    • QE实践详解2，Cu的能带、功函数：https://mp.weixin.qq.com/s/V6f6sqn1G-TGEjFL3uF0dg
    • QE实践详解3，光学性质计算：https://mp.weixin.qq.com/s/xvHtY_YyZkhTUl0URK6GAA
    • QE实践详解4，声子计算：https://mp.weixin.qq.com/s/pKUUgrUV1jCIBgqGejGIaA
    • QE实践详解5，杂化泛函：https://mp.weixin.qq.com/s/hz20-WtBlpx9aYgmdUM5fg
    • QE实践详解6，投影态密度：https://mp.weixin.qq.com/s/EmOCKdU_JxLgD2n_eloq2Q
  • Quantum Espresso Tutorials：https://www.paradim.org/toolbox/theory/quantum_espresso/tutorials
  • QE+wannier90构建紧束缚模型：https://zhuanlan.zhihu.com/p/381615718
  • wannier90使用教程：https://www.bilibili.com/read/cv5273343/
  • wanniertools：https://github.com/quanshengwu/wannier_tools