收敛问题

在电子自洽计算和结构弛豫过程中，pw.x有时迭代到最大步数或者报错退出，这主要是因为计算不收敛，即

End of self-consistent calculation

convergence NOT achieved after 200 iterations: stopping

收敛问题常见原因包括两方面：

1）物理原因（计算不符合实际）

A.所建模型不符合实际：输入的原子坐标、元素种类出错；对称性的计算设置

B.使用的近似不符合实际：挑选合适的赝势;金属k-mesh的选择；磁性和SOC的考虑；Hubbard U;Van der waals问题（这一类问题需要结合实际具体分析）

2）计算原因（算法不合适，收敛标准过高）

收敛的条件：初始电荷（自旋）密度分布接近于电子-离子体系能量极小值状态的电荷（自旋）密度状态

如果出现不收敛的情况，应该首先考虑原因A即检查结构是否合理（比如，原子位置，晶格常数，甚至元素种类等），A原因无误后再检查B原因的合理性

有时在scf或nscf计算会出现类似以下情况：

iteration #  1     ecut=    70.00 Ry     beta=0.80
Davidson diagonalization with overlap
c_bands:  1 eigenvalues not converged
c_bands:  3 eigenvalues not converged
c_bands:  1 eigenvalues not converged

这是一个warning，是指对角化迭代过程中，最高的1-4个本征值计算没有收敛（阈值由diago_thr_int控制），超过5个本征值不收敛（或nbnd/4）则会报错退出。
对总能和能级有一定影响，如果不是最后一步，通常可以忽略。

实现自洽计算收敛的原则与方法

实现收敛的原则：

自洽计算收敛是在电荷自洽计算过程中，总能不再明显变化，判据是pw.x输出的estimated scf accuracy小于定值conv_thr,默认值1.0e-6相对宽松，根据物理量有时还需要适当提高精度

实现收敛的方法：

方法一：

修改电荷混合参数：
1）降低mixing_beta,默认值是0.7，将默认值降低到0.3~0.1（slab 0.05）mixing_beta的值越低，混合新的电荷越少，混合后的电荷与原电荷越接近，有利于保证收敛

2）增大mixing_ndim,即上述几个步骤中电荷会考虑到mixing中，默认是8，同时计算所需内存会增大mixing_ndim=12

方法二：

提高ecutwfc和ecutrho

USPP:ecutrho是ecutwfc的四倍，增加到10倍

NCPP：ecutrho是ecutwfc的四倍

方法三：

金属体系（或金属，半金属）：

1）加一些空带，增加nbnd,具体取值根据的电子总数，默认最少4个空带，增加到足够空带，让最上面空带的电子占据数逐渐趋于0

2. 增加K点网格密度，以消除半满带对总能收敛的影响

3）增加展宽degauss

方法四：

对角化出错的体系，检查结构是否合理的基础上，尝试使用diagonalization=’cg’，默认值是’david’,
同时设置startingwfc=’random’。减小初始迭代时的对角化阈值diago_thr_init=1.0d-6（scf默认1.0d-2，这一选项也是nscf计算阈值）