ABINIT软件简介和安装教程（电荷匹配3D）

1、ABINIT软件简介

ABINIT的主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量、电荷密度、分子和周期性固体的电子结构、进行几何优化和分子动力学模拟、用TDDFT(对分子)或GW近似(多体微扰理论)计算激发态(下图放大看)。

(来源：https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_chemistry_and_solid-state_physics_software)

此外ABINIT还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理、材料科学、化学和材料工程等学科；固体、分子、材料的表面以及界面等研究领域；处理的体系包含导体、半导体、绝缘体和金属，更多详细介绍参考ABINIT官网。

(部分介绍来源于：http://www.quantumchemistry.net/node/352)

(1) ABINIT官网：https://www.abinit.org/

(2) ABINIT官方论坛：https://forum.abinit.org/

(3) ABINIT官网教程：

https://docs.abinit.org/tutorial/

(4) ABINIT赝势库：http://www.pseudo-dojo.org/

(5) ABINIT Workshop PPT：

https://www.abinit.org/events

(6) ABINIT官网后处理程序：

https://github.com/abinit/abipy
https://github.com/piti-diablotin/qAgate

ABINIT主要功能介绍(这里的介绍很旧了，以官网为准)：

A. 计算倒格子中核与电子的总能量

计算使用平面波和赝势；
总能量的计算使用密度泛函理论(DFT)。可以使用大多数重要的局域密度近似 (LDA)，包括Perdew-Zunger近似。可以使用两种不同的局域自旋密度(LSD)，包括Perdew Wang 92和M. Teter的LSD。还可以使用Perdew-Burke-Ernzerhof，revPBE，RPBE和HCTH等GGA (自旋极化和非极化)；
自恰场计算生成DFT基态，以及相关的能量和密度。此后的非自恰计算可以对能带结构的大量k-点产生本征能量。态密度的计算既可以用四面体方法，也可以用模糊技术；
程序可以使用多种不同的赝势。对整个周期表适用的有两种：Troullier-Martins型和Goedecker型(这种类型包括自旋-轨道耦合)。如果需要的话，有四个代码可以产生新的赝势；
程序本身可以处理金属和绝缘体系；
晶胞可以是正交或者非正交。计算可以输入任何对称性及相应的k-点集；
电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算。一个特殊的选项可以有效地处理反铁磁性。可以对总能量计算非共线的磁性(不能用于力、张量、相应函数...)。可以禁止晶胞的总磁矩；
总能量，力，张量和电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合；
能量可分解为不同的成分（局域势，XC，Hartree...)；
计算内部电子本征值；
230个空间群和1191个Shubnikov磁群的对称性分析。

B. 计算总能量和本征能量

用解析公式计算Hellman-Feynman力；
计算应力；
极化的计算；
响应的计算；
计算近似的和准确的磁化系数矩阵和介电矩阵；
解析计算电子本征能量的导数；
计算光学传导性；
Born有效电荷的能带分解，以及局域化张量的计算。

C. 激发态

用GW近似计算电离能和亲和能；
用TDDFT计算原子和分子的(单重、三重)激发态和振荡强度。

D. 移动原子，改变晶胞参数

用不同的方法寻找平衡构型。可以同时优化晶胞参数。优化过程中如果需要的话，可以固定指定的晶胞参数，角度，或原子位置;
有两种算法进行分子动力学计算;
自动分析键长键角。原子坐标的格式支持用可视化软件XMOL显示。

E. 分析和图形工具(见下面截图，放大看)

后期处理程序cut3d用于分析密度和势文件。它还可以改变文件格式，提取2D明面或者1D线。此外还可以分析波函文件；
另一个后期处理程序aim，用于进行Bader的“原子中的分子”(AIM)密度分析。
对可视化程序产生格式化数据：键结构(用XMGR显示)，不同参数的总能量(用XMGR显示)，电荷密度(3D轮廓线，先用cut3d，再用商业程序matlab；cut3d也可以产生2D密度图)；
后期处理程序band2eps自动画出eps格式的声子散射曲线。

(部分介绍来源于：http://www.quantumchemistry.net/node/352)

总结：本人最近在学ABINIT，虽然在并行效率方面要比商业化的软件(例如VASP)差一点，但是ABINIT很多功能很方便，而且也有一些功能是VASP没有的。最重要的一点，ABINIT是开源免费的。本人后面会继续详细讲解ABINIT的优势和相应的基本计算教程。

2、ABINIT软件安装

(1) ABINIT软件前必看以下资料：

https://forum.abinit.org/viewforum.php?f=1

https://www.youtube.com/watch?v=DppLQ-KQA68

https://school2019.abinit.org/images/lectures/abischool2019_installing_abinit_lecture.pdf

(2) ABINIT软件安装之前的准备(来源ABINIT官网)：

(3) ABINIT软件安装逻辑框架图(来源ABINIT官网)：

(4) ABINIT软件安装涉及到的LIBXC和netCDF插件简介：

LIBXC：开源的密度泛函库，包含了市面上的几乎大部分泛函。

https://www.tddft.org/programs/libxc/

NetCDF(network Common Data Form)：对程序员来说，它和zip、jpeg、bmp文件格式类似，都是一种文件格式的标准。netcdf文件开始的目的是用于存储气象科学中的数据，现在已经成为许多数据采集软件的生成文件的格式。利用NetCDF可以对网格数据进行高效地存储、管理、获取和分发等操作。

https://www.unidata.ucar.edu/downloads/netcdf/index.jsp

(5) ABINIT软件具体安装步骤(假设你已经安装好Intel编译器、MPI、FFTW)：

>> 从官网下载安装包，上传到服务器并解压；

tar xzvf abinit-8.10.3.tar.gzcd abinit-8.10.3mkdir build

>> 此时需要准备一份ubuntu.ac编译参数文件，并上传到build目录下(请将里面路径改成自己服务器上面对应的路径)；

# ================================================================# Configuration file for ABINIT 8 compilation on COBALT# The following modules have to be loaded before compilation:## module load feature/mkl/multi-threaded# module load intel mpi# module load scalapack fftw3/mkl# module load netcdf-fortran libxc#================================================================prefix="/home/gang/software/abinit-8.10.3/build"FC="mpiifort"CC="mpiicc"CXX="mpicxx"enable_mpi="yes"enable_mpi_io="yes"enable_gpu="no"with_mpi_prefix="/home/gang/intel/impi/2019.3.199/intel64"with_linalg_flavor="mkl"with_linalg_libs="$(MKLROOT)/lib/intel64 -lmkl_intel_ilp64 -lmkl_core -lmkl_intel_thread -lmkl_scalapack_ilp64 -lpthread -lm"with_fft_flavor="fftw3"with_fft_incs="-I/home/gang/software/fftw-3.3.8/build/include"with_fft_libs="-L/home/gang/software/fftw-3.3.8/build/lib -lfftw3_threads -lfftw3 -lfftw3f"with_trio_flavor="netcdf"with_dft_flavor="libxc"#with_libxc_libs="-L/home/gang/software/libxc-4.3.4/install-path/lib -lxc -lxcf90"#with_libxc_incs="-I/home/gang/software/libxc-4.3.4/install-path/include"#with_netcdf_incs="-I/usr/include"#with_netcdf_libs="-L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -lnetcdf -lnetcdff"#with_netcdf_libs="-L/home/gang/software/netcdf-needed-path/lib –lnetcdf -lnetcdff"#with_netcdf_incs="-I/home/gang/software/netcdf-needed-path/include"