GULP 案例 4：如何计算热力学性质（热容、熵、焓、自由能等）？

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物体的热力学性质是指物质处于平衡状态下压力 P、体积 V、温度 T、组成以及其他的热力学函数之间的变化规律。一般将材料的压力 P、体积 V、温度 T、内能 U、焓 H、熵 S 等统称为物体热力学性质。

热力学性质一般通过第一性原理计算+准谐近似模型得到，如 VASP+phononpy；或者可以通过第一性原理计算+准谐德拜模型得到，如 CASTEP+Gibbs；但是也可以通过经验势函数程序得到，如 LAMMPS、GULP 等，本次内容主要介绍如何通过晶格动力学 GULP 程序计算固体材料的热力学性质，如：

• Zero point energy

• Entropy

• Helmholtzfree-energy

• Free energy

• Heat capacity

Figure1 不同压力下的等容热容：

Figure2 不同压力下的熵：

Figure3 不同压力下的自由能：

完整 GULP 输入文件：

conp prop opti phonname ZnO-WZ
Temperature 0 K 100 3000 Pressure 0.0 GPa
cell3.242  3.242  5.188  90.0  90.0  120.0fracZn core 0.333333   0.666667   0.000000  O  core 0.333333   0.666667   0.381900space186
speciesZn   1.14O   -1.14
buck Zn  Zn  78.91   0.5177  0.00     0.0 12.0Zn  O   257600  0.1396  0.00     0.0 12.0
MorseO   O   0.1567  1.164   3.405    0.0 12.0 dump every 1 ZnO-WZ.dump

不同的压力、不同的温度由以下命令进行控制：

Temperature 0 K 100 3000

#温度范围为 0~3000K，间隔为100K

Pressure 0.0 GPa

#压力为0GPa

输出文件结果如下：

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