Tutorial QE: Entendendo o output

Com o cálculo terminado, podemos agora começar a observar e entender as informações presentes no output.

     Program PWSCF v.6.1 (svn rev. 13369) starts on  5Sep2017 at 11:50:31

     This program is part of the open-source Quantum ESPRESSO suite
     for quantum simulation of materials; please cite
         "P. Giannozzi et al., J. Phys.:Condens. Matter 21 395502 (2009);
          URL http://www.quantum-espresso.org",
     in publications or presentations arising from this work. More details at
     http://www.quantum-espresso.org/quote

     Parallel version (MPI), running on     4 processors
     R & G space division:  proc/nbgrp/npool/nimage =       4
     Waiting for input...
     Reading input from standard input

     Current dimensions of program PWSCF are:
     Max number of different atomic species (ntypx) = 10
     Max number of k-points (npk) =  40000
     Max angular momentum in pseudopotentials (lmaxx) =  3

     Subspace diagonalization in iterative solution of the eigenvalue problem:
     a serial algorithm will be used


     Parallelization info
     --------------------
     sticks:   dense  smooth     PW     G-vecs:    dense   smooth      PW
     Min         447     148     46                40187     7724    1280
     Max         448     149     48                40202     7731    1284
     Sum        1789     595    187               160767    30911    5125
     ...

Essa primeira parte é basicamente o cabeçalho do output. Nele vemos informações da versão do programa, data de execução e informações sobre a paralelização. É sempre importante conferir com atenção essa parte inicial dos resultados, pois quando o programa detectar algum erro no input ou algo estiver errado, irá ser alertado aqui.

...
bravais-lattice index     =            0
lattice parameter (alat)  =       4.6602  a.u.
unit-cell volume          =     228.9564 (a.u.)^3
number of atoms/cell      =            2
number of atomic types    =            1
number of electrons       =         8.00
number of Kohn-Sham states=            8
kinetic-energy cutoff     =     100.0000  Ry
charge density cutoff     =    1200.0000  Ry
convergence threshold     =      1.0E-14
mixing beta               =       0.7000
number of iterations used =            8  plain     mixing
Exchange-correlation      =  SLA  PW   PBE  PBE ( 1  4  3  4 0 0)

celldm(1)=   4.660185  celldm(2)=   0.000000  celldm(3)=   0.000000
celldm(4)=   0.000000  celldm(5)=   0.000000  celldm(6)=   0.000000

crystal axes: (cart. coord. in units of alat)
          a(1) = (   1.000000   0.000000  -0.000000 )  
          a(2) = (   0.500000   0.866025   0.000000 )  
          a(3) = (  -0.000000  -0.000000   2.612237 )  

reciprocal axes: (cart. coord. in units 2 pi/alat)
          b(1) = (  1.000000 -0.577350  0.000000 )  
          b(2) = (  0.000000  1.154701  0.000000 )  
          b(3) = (  0.000000 -0.000000  0.382814 )  
...

Nessa segunda parte vemos informações da estrutura do material e dados do cálculo. Sempre confira essas informações, pois é razoavelmente comum cometermos erros bobos que na hora de montar o input, podendo levar a resultados bastante diferentes do esperado.

...
PseudoPot. # 1 for C  read from file:
/home/pierre/pseudo/C.pbe-van_ak.UPF
MD5 check sum: 208ba58bdb8fe35738797ed1568e775a
Pseudo is Ultrasoft, Zval =  4.0
Generated by new atomic code, or converted to UPF format
Using radial grid of  721 points,  4 beta functions with:
           l(1) =   0
           l(2) =   0
           l(3) =   1
           l(4) =   1
Q(r) pseudized with  8 coefficients,  rinner =    0.800   0.800   0.800


atomic species   valence    mass     pseudopotential
   C              4.00    12.01070     C ( 1.00)

24 Sym. Ops., with inversion, found (16 have fractional translation)



Cartesian axes

site n.     atom                  positions (alat units)
    1           C   tau(   1) = (   1.2500000   0.7216878   1.3061183  )
    2           C   tau(   2) = (   0.2500000   0.1443376   1.3061183  )
...

Nessa terceira parte vemos informações sobre o pseudopotencial, as operações de simetria do material e as posições atômicas em unicades de alat (unidades fracionarias do parâmetro a - em unidades de bohr - da célula unitária). Por simplicidade, decidi mostrar aqui uma versão simplificada do output entretanto, com a utilização da tag verbosity=high podemos obter uma versão com todos os dados completos. Isso aumenta consideravelmente o tamanho e a quantidade de informações impressas no output, entretanto pode ser de grande ajuda em alguns casos mais complexos. Por exemplo, no caso do grafeno o pw.x conseguiu identificar 24 operações de simetria, entretanto não nos disse quais são elas. Se utilizarmos a verbosidade alta, ele dirá exatamente quais são esses elementos, o grupo pontual e outras informações relevantes da simetria do sistema. Sempre confira se o pw.x identificou todos os elementos de simetria esperados, é uma forma simples e direta de identificar possíveis erros no input.

...
number of k points=    48  gaussian smearing, width (Ry)=  0.0010
                  cart. coord. in units 2pi/alat
   k(    1) = (   0.0000000   0.0000000   0.0000000), wk =   0.0045351
   k(    2) = (   0.0000000   0.0549857   0.0000000), wk =   0.0272109
   k(    3) = (   0.0000000   0.1099715   0.0000000), wk =   0.0272109
...
   k(   47) = (   0.2857143  -0.6048431   0.0000000), wk =   0.0544218
   k(   48) = (   0.3333333  -0.5773503   0.0000000), wk =   0.0090703

Dense  grid:   160767 G-vectors     FFT dimensions: (  54,  54, 135)

Smooth grid:    30911 G-vectors     FFT dimensions: (  30,  30,  80)

Estimated max dynamical RAM per process >      29.65MB

Estimated total allocated dynamical RAM >     118.59MB

Initial potential from superposition of free atoms

starting charge    7.99992, renormalised to    8.00000
Starting wfc are    8 randomized atomic wfcs

total cpu time spent up to now is        8.1 secs

per-process dynamical memory:    36.5 Mb

Self-consistent Calculation

iteration #  1     ecut=   100.00 Ry     beta=0.70
Davidson diagonalization with overlap
ethr =  1.00E-02,  avg # of iterations =  4.1

total cpu time spent up to now is       11.0 secs

total energy              =     -22.77419398 Ry
Harris-Foulkes estimate   =     -22.89440884 Ry
estimated scf accuracy    <       0.20025965 Ry

iteration #  2     ecut=   100.00 Ry     beta=0.70
Davidson diagonalization with overlap
ethr =  2.50E-03,  avg # of iterations =  2.8
...

Nessa parte vemos informações sobre os k-points que compõe o mesh do cálculo, informações sobre o uso da memória ram e o início do cálculo auto consistente.

...
iteration #  9     ecut=   100.00 Ry     beta=0.70
Davidson diagonalization with overlap
ethr =  1.00E-13,  avg # of iterations =  1.0

negative rho (up, down):  1.151E-06 0.000E+00

total cpu time spent up to now is       28.4 secs

End of self-consistent calculation

     k = 0.0000 0.0000 0.0000 (  3909 PWs)   bands (ev):

-17.8569  -5.9595  -1.3957  -1.3957   4.4242   9.2594   9.9561   9.9561

     k = 0.0000 0.0550 0.0000 (  3909 PWs)   bands (ev):

-17.8034  -5.8955  -1.6155  -1.5115   4.4968   9.3266   9.9837  10.1886
...
-10.9411 -10.9411  -8.9101   1.6562   1.6562  12.4084  14.2298  14.2298

the Fermi energy is     1.6562 ev

!    total energy              =     -22.80493136 Ry
Harris-Foulkes estimate   =     -22.80493136 Ry
estimated scf accuracy    <          1.5E-15 Ry

The total energy is the sum of the following terms:

one-electron contribution =     -44.02527202 Ry
hartree contribution      =      24.36506286 Ry
xc contribution           =      -6.99363523 Ry
ewald contribution        =       3.85762303 Ry
Dispersion Correction     =      -0.00870488 Ry
smearing contrib. (-TS)   =      -0.00000512 Ry

convergence has been achieved in   9 iterations

Writing output data file grafeno.save

init_run     :      2.26s CPU      2.29s WALL (       1 calls)
electrons    :     20.10s CPU     20.24s WALL (       1 calls)

...

Parallel routines
fft_scatter  :      4.35s CPU      4.44s WALL (   23020 calls)

PWSCF        :    28.46s CPU        28.70s WALL


This run was terminated on:  11:51: 0   5Sep2017            

=------------------------------------------------------------------------------=
JOB DONE.
=------------------------------------------------------------------------------=

O cálculo vai acontecendo passo a passo até que atinja a convergência. Em seguida é mostrada todas as energias de todas as bandas (auto-valores dos orbitais de Kohn-Shan) para cada k-point, a energia de Fermi, a energia total, as contribuições de todos os termos para a energia total, e o tempo de cálculo utilizado por cada sub-rotina do programa. O aviso JOB DONE marca o fim do cálculo. Note que a linha que apresenta o valor da energia total possui um !. Isso pode ajudar bastante na hora de procurarmos pela energia total, pois somente a linha contendo a energia total apresenta um !.