VASP参数设置详解(精)

精品文档 1欢迎下载 VASPVASP 参数设置详解参数设置详解 计算材料 2010 11 30 20 11 32 阅读197 评论0 字号 大中中小 订阅 转自小木虫 略有增减 软件主要功能 采用周期性边界条件 或超原胞模型 处理原子 分子 团簇 纳米线 或管 薄膜 晶体 准晶和无定性材料 以及表面体系和固体 l 计算材料的结构参数 键长 键角 晶格常数 原子位置等 和构型 l 计算材料的状态方程和力学性质 体弹性模量和弹性常数 l 计算材料的电子结构 能级 电荷密度分布 能带 电子态密度和 ELF l 计算材料的光学性质 l 计算材料的磁学性质 l 计算材料的晶格动力学性质 声子谱等 l 表面体系的模拟 重构 表面态和 STM 模拟 l 从头分子动力学模拟 l 计算材料的激发态 GW 准粒子修正 计算主要的四个参数文件 INCAR POSCAR POTCAR KPOINTS 下面简要介绍 详细权威的 请参照手册 INCAR 文件 该文件控制 VASP 进行何种性质的计算 并设置了计算方法中一些重要的参数 这些参 数主要包括以下几类 l 对所计算的体系进行注释 SYSTEM 精品文档 2欢迎下载 l 定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数 ISTART ICHARG INIWAV l 定义电子的优化 平面波切断动能和缀加电荷时的切断值 ENCUT ENAUG 电子部分优化的方法 ALGO IALGO LDIAG 电荷密度混合的方法 IMIX AMIX AMIN BMIX AMIX MAG BMIX MAG WC INIMIX MIXPRE MA XMIX 自洽迭代步数和收敛标准 NELM NELMIN NELMDL EDIFF l 定义离子或原子的优化 原子位置优化的方法 移动的步长和步数 IBRION NFREE POTIM NSW 分子动力学相关参数 SMASS TEBEG TEEND POMASS NBLOCK KBLOCK PSTRESS 离子弛豫收敛标准 EDIFFG l 定义态密度积分的方法和参数 smearing 方法和参数 ISMEAR SIGMA 计算态密度时能量范围和点数 EMIN EMAX NEDOS 计算分波态密度的参数 RWIGS LORBIT l 其它 计算精度控制 PREC 磁性计算 ISPIN MAGMOM NUPDOWN 交换关联函数 GGA VOSKOWN 计算 ELF 和总的局域势 LELF LVTOT 结构优化参数 ISIF 等等 主要参数说明如下 SYSTEM 该输入文件所要执行的任务的名字 取值 字符串 缺省值 SYSTEM 精品文档 3欢迎下载 NWRITE 输出内容详细程度 取值 0 4 缺省值 2 如果是做长时间动力学计算的话 最好选0或1 首末步 每 步核运动输出 短时运算用2 选3则会在出错的时候给出说 明信息 ISTART 决定是否读取 WAVECAR 文件 取值 0 2 缺省0 1 for 无 有前次计算的 WAVECAR 波函数 0 begin from scratch 根据 INIWAV 初始化波函数 1 restart with constant energy cut off 从 WAVECAR 读取波函数 重定义平 面波集 2 restart with constant basis set 从 WAVECAR 读取波函数 平面波集不变 ICHARG 决定如何建立初始电荷密度 取值 0 2 缺省值 if ISTART 0 2 else 0 0 由初始波函数计算电荷密度 1 从 CHGCAR 文件读取电荷密度 2 使用原子电荷密度的叠加 10非自洽计算 ISPIN 是否进行 spin polarized calculation 取值 1 2 1 no 2 yes 缺 省值 2 MAGMOM 在 ICHARG 2或在 CHGCAR 中未包含磁化密度 ICHARG 1 时 指定每个原 子的初始磁化时刻 取值 实数数组 缺省值 对 ISPIN 2 NIONS 1 0 对非共线 型磁化体系3 NIONS 1 0 精品文档 4欢迎下载 INIWAV 如何设置初始波函数 只在 ISTART 0时使用 取值 0 1 0 最低动能的 平面波 1 随机数 缺省值 1 IDIPOL 控制计算单极 偶极和四极修正 取值 1 4 1 3只计算第一 二 三晶矢方向 适于厚板 slab 的计算 4 所有方向都计算 适于计算孤立分子 PREC 进动 precession 取值 low medium high normal accurate single 缺省值 Normal VASP 4 X Medium VASP 5 X VASP4 5 采用了优化的 accurate 来替代 high 所以一般 不推荐使用 high 不过 high 可以确保 绝对收敛 作为参 考值有时也是必要的 同样受推荐的是 normal 适于作为日 常计算选项 受 PREC 影响的参数有四类 ENCUT NGX NGY NGZ NGXF NGYF NGZF ROPT 如果设置 了 PREC 这些参数就都不需要出现了 当然直接设置相应的 参数也有同样效果 具体影响效果见 p53 54 ENCUT 平面波基组的截断能量 eV 取值 实数 缺省值 受 PREC 设置影响 从 POTCAR 文件中找出相应的 ENMAX ENMIN 值来设置 PREC Low Medium Accurate Normal ENCUT ENMIN ENMAX ENMAX ENMAX Single High ENMAX ENMAX 1 3 对于多个元素不同的 ENMAX ENMIN 都取最大值 精品文档 5欢迎下载 该参数非常重要 最好不要手工去设置 除非文献告诉你 要用多少 或者经过结果可靠性的验证 当然 为了测试一下 提交的任务 也不妨先设个较小的值 NGX NGY NGZ 控制 FFT 网格在三个晶矢方向上的格点数量 NGFX NGFY NGFZ 控制第二次更精确的 FFT 网格的格点数量 也是两类重要的最好不要去动的参数 在未指定的情况下 将根据 PREC 的设置从 POTCAR 中自动读取 PREC High Accurate 基组中向量的2倍值 用来避免 wrap around errors 得到精确解 PREC Low Medium Normal 基组中向量的3 4倍值 已足够 精确到 1 meV atom LREAL 决定投射是在实空间还是倒易空间进行 取值 TRUE 实空间 FALSE 倒易空间 缺省值 FALSE 用于求解赝势的非局域部分用到的一个积分 在倒格空间 里采用平面波基组求解 在实空间里则采用积分球求解 其他还有两个选项 O or On A or Auto On 和 TRUE 的差别在于是否使用 King Smith 算法优化 设为 Auto 则进行自动选择 推荐使用 ROPT 在 LREAL Auto or On 时 优化控制每个核周围的积分球内的格点数 取值 实数数组 For LREAL On 精品文档 6欢迎下载 PREC Low 700 points in the real space sphere ROPT 0 67 PREC Med 1000 points in the real space sphere ROPT 1 0 PREC High 1500 points in the real space sphere ROPT 1 5 For LREAL Auto PREC Low accuracy 10 2 ROPT 0 01 PREC Med accuracy 2 10 3 ROPT 0 002 PREC High accuracy 2 10 4 ROPT 2E 4 NELM NELMIN and NELMDL 控制电子自洽循环步数 取值 整数 NELM 电子自洽循环最大次数 缺省值 60 NELMIN 电子自洽循环最小次数 缺省值 2 NELMDL 弛豫次数 缺省值 if ISTART 0 INIWAV 1 and IALGO 8 5 if ISTART 0 INIWAV 1 and IALGO 48 12 else 0 NELMDL 可以取负值 如果初始波函数采用随机赋值 即 ISTART 0 INIWAV 1 那么很可能开始的值比较离谱 那么在 第一步核运动循环之前采用 NELMDL 负值 步的非自洽 保 留初始的 H 步计算将减少计算所需的时间 EDIFF 指定电子自洽循环的全局中断条件 用于控制收敛精度 取值 实数 缺 省值 10 4 注意 即使 EDIFF 0 NELM 步电子自洽循环也会执行 EDIFFG 指定离子弛豫循环的中断条件 用于控制核运动的收敛精度 取值 实 数 缺省值 10 EDIFF 精品文档 7欢迎下载 EDIFFG 0在两个离子步的总自由能之差小于 EDIFFG 时停止 EDIFFG 0 Nos 算法模拟正则系综 NPACO 成对相关函数的槽数 取值 整数 缺省值 256 APACO 成对相关函数求值中的最大距离 取值 整数 缺省值 16 简单说就是在不超过 APACO 的 NPACO 个距离上求成对相关函数 PCF RWIGS 给出 Wigner Seitz 半径 DOS 计算用 取值 实数数组 缺省值 从 POTCAR 文件中读取 精品文档 10欢迎下载 NELECT 总电子数 如果系统不是电中性的就必须设置 所带电荷作为均一的背 景电子气考虑 取值 实数 缺省值 价电子数 由 POSCAR 和 POTCAR 文件 自动决定 通常不必给出 NUPDOWN 上下自旋成分间的电子数之差 取值 整数 缺省值 未设置 此时将进 行完全弛豫 EMIN EMAX DOS 求值的最小 最大能量 取值 实数 缺省值 EMIN lowest KS eigenvalue EMAX highest KS eigenvalue ISMEAR 决定每个波函数的部分占位fnk如何设置 取值 5 4 3 2 0 N 5 带有 Blochl 修正的四面体方法 4 不带 Blochl 修正的四面体方法 3 根据 INCAR 文件中提供的 smearing 参数执行循环 2 从 WAVECAR 文件中读取 1 Fermi smearing 0 Gaussian smearing 0 method of Methfessel Paxton orderN 缺省值 1 采用部分占位波函数 用一个函数来平滑积分 尤其是对于金属体系可减少 k 点 SIGMA 决定 smearing 的宽度 eV 取值 实数 缺省值 0 2 ALGO 指定电子最小化算法 取值 Normal blocked Davidson block iteration scheme VeryFast RMM DIIS Fast 前两个算法的混合 All 波函数的所有带同 时更新 Damped damped velocity friction algorithm 缺省值 Normal IALGO 指定主算法 整数选择算法 取值 8 共轭梯度算法 38 Davidson block iteration scheme 48 RMM DIIS 缺省值 38 算法是最重要的参数之一 一般 VASP 推荐使用的是以上三种算法 一般来说 精品文档 11欢迎下载 8 38是初期比较快收敛 在接近平衡时采用48较快 在初期或 MD 时使用48可能会 遇到不收敛的情况 也可以使用 ALGO 参数来替代 IALGO 设置 Fast VASP 会先用 38 再自动切换到48 各种算法只要收敛 结果应该一致 另一个可能有用的选项是 1 不进行实际的计算 只对重要的步骤做计算测 试 并将测试得到的各部分耗时输出到 OUTPUT 中 VOSKOWN 决定是否使用 VWN 插值算法 取值 0 不使用 1 使用 缺省值 0 如果使用了 PW91泛函或需要计算磁性质时可以设为1使用 Mixing tags w IMIX 混合的类型 取值 整数 缺省值 4 w AMIX 线性混合参数 取值 实数 缺省值 0 8 US PP 0 4 PAW w AMIN 最小混合参数 取值 实数 缺省值 0 1 w BMIX Kerker 混合方案的截断波向量 取值 实数 缺省值 1 0 w AMIX MAG 磁化过程的线性混合参数 取值 实数 缺省值 1 6 w BMIX MAG 磁化过程的 Kerker 混合方案的截断波向量 取值 实数 缺省 值 1 0 w WC Broyden 混合方案中每步的加权因子 取值 实数 缺省值 1000 0 w INIMIX Broyden 混合方案中的初始混合类型 取值 整数 缺省值 1 w MIXPRE Broyden 混合方案中的预处理类型 取值 整数 缺省值 1 w MAXMIX Broyden 混合器中存储的最大步数 取值 整数 缺省值 45 值得注意的是 在 MD 或者弛豫的时候 设置 MAXMIX 0 一般约3倍的电子 SC 步数 可能会大大减少核运动步数 但同时也会增加对内存的要求 LWAVE LCHARG 决定是否把波函数 或电荷密度 写入外部文件 WAVECAR 或 CHGCAR 和 CHG 中 取值 TRUE FALSE 缺省值 TRUE LVTOT 决定是否把总局域势写入外部文件 LOCPOT 中 取值 TRUE FALSE 精品文档 12欢迎下载 缺省值 FALSE LELF 决定是否创建 ELFCAR 文件 取值 TRUE FALSE 缺省值 FALSE ELFCAR 用于保存 ELF electron localization function LORBIT 和适当的 RWIGS 一起决定是否创建 PROCAR 或 PROOUT 文件 取值 0 1 2 5 10 11 12 缺省值 0 创建 DOSCAR 和 PROCAR 文件 NPAR 用于控制 VASP 切换到带间并行模式 取值 整数 缺省值 总节点数 每一个节点计算一个带 可以提高并行效率 减少通讯量 但可能会大幅增 加内存的需求 NBANDS 给出计算中实际的总能带数 取值 整数 缺省值 NELECT 2 NIONS 2 非自旋 0 6 NELECT NMAG 自旋 NBANDS 的取值应使计算中包含相当数量的空带 因为计算需要大量的空带 至少要求1个空带 否则 VASP 会给出警告 NBANDS 对于解决内存需求非常重要 一般 NBANDS 在 NELECT 2 NIONS 2以上 可以得到较为精确的结果 但如果内存不够就只能减少 NBANDS 在牺牲精度和体 系大小之间平衡了 POTCAR 文件 赝势文件 最重要的输入文件之一 可以理解为分子力学模拟中的力场文件 但包含的 信息更多 VASP 将各元素优化的 INCAR 里的参数也包含在该文件中 作为支持 PREC 的缺省 选择 通常各元素的 POTCAR 文件已经包含在 VASP 软件包中的赝势库里了 用户需要做的是确 定自己具体需要哪几种赝势 然后按照 POSCAR 文件里的顺序 将所选择的 POTCAR 文件按顺 序连接起来就可以了 如以下命令 cat file1 file2 file3 POTCAR 精品文档 13欢迎下载 赝势库中的赝势文件可以分为以下几类 l 根据产生方法的不同有 Ultra soft 赝势 USPP 和投影扩充波赝势 PAW l 根据交换关联函数的不同有 LDA local density approximation 和 GGA generalized gradient approximation 又可以再分为 PW91和 PBE l 根据半芯态的不同元素 A 的赝势文件还可以分为 A A sv 和 A pv l 根据选取的不同截断能量 ENMAX 元素 A 的赝势文件还可以分为 A A s 和 A h VASP 的赝势文件放在目录 vasp potentials 下 该目录又包含五个子目录 pot pot GGA potpaw potpaw GGA potpaw PBE 其中每个子目录对应一种赝势形式 pot PP LDA pot GGA PP GGA potpaw PAW LDA potpaw GGA PAW GGA PW91 potpaw PBE PAW GGA PBE 每个目录中每种元素根据截断能量和半芯态 的不同还会有多个对应的赝势文件存在 在具体选取时可以参考各版本同目录下的 V RHFIN 和 PSCTR 文件 这两个文件说明了该版 本的赝势是如何生成的 选好所要使用的赝势之后 进入对应的目录 会看到里面有四个文件 POTCAR Z PSCTR Z V RHFIN Z 和 WS FTP LOG 现在需要用到的是第一个 把各元素的该 文件解压 zcat POTCAR Z file 然后用 cp 或 mv 命令把这些文件移到工作目录里 再 用 cat 命令把它们合并到 POTCAR 中 就得到了我们需要的 POTCAR 注意要记住这里元素的 排列顺序 以后在 POSCAR 文件中各元素的排列就是按照这个顺序 POSCAR 文件 位置文件 描述所计算体系的晶胞参数 原子个数及晶胞中原子的位置 以及分子动力学 计算时原子的初始速度 精品文档 14欢迎下载 POSCAR 文件示例 Si fcc 5 43 0 0 0 50 0 50 0 50 0 00 0 50 0 50 0 50 0 00 2 Direct 0 0 0 00 0 00 0 25 0 25 0 25 POSCAR 文件的结构 第1行 任意文字注释 第2行 晶格常数 也是晶矢的缩放系数 后面所有长度值得自原值除以此值 a b c 时取 a 即可 否则一般取三者最大值 若取负值 则为晶胞体积 3 第3 5行 定义晶矢 第6行 每种元素的原子个数 特别注意顺序 要与下面的坐标顺序以及 POTCAR 中的顺序 一致 第7行 可省略 无需空行 做动力学时 用于指定是否需要固定部分原子的坐标 若是 此行以 S 或者 s 作为 首字母即可 第8行开始为原子的坐标位置 格式为 option line coordinate1 of element1 coordinate2 of element1 coordinateN of element1 option line 精品文档 15欢迎下载 coordinate1 of element2 coordinate2 of element2 coordinateM of element2 其中 option line 指定输入坐标的格式 除了第一个以外 如果后面的输入格式同前 则都可以无空行省略 option line 可指定的输入坐标格式有两种 D or d for direct mode C or c or K or k for cartesian mode 顾名思义 前者是定义在三个晶矢方向上的坐标 R R1 x R2 y R3 z R1 R2 R3为前 面的晶矢 x y z 为输入的三个坐标 R 为原子坐标位矢 是相对于晶矢给出的 而后者则 是以笛卡尔坐标系来给出原子的绝对坐标 实际就是将直角坐标除以前面第二行定义的晶胞 常数后得到的坐标值 如果第7行设定为 S Selective Dynamic 则可以用以下形式定义各坐标是否可以移动 Selective dynamics Cartesian 0 00 0 00 0 00 T T F 0 25 0 25 0 25 F F F KPOINTS 文件 设置布里渊区 k 点网格取样大小或能带结构计算时沿高对称方向的 k 点 一般来说 k 点越密越多 计算精度也就越高 但计算成本也会越高 因此 对于原子数 较多的体系的计算 需要谨慎的尝试 k 点数目 在避免或者预先评估 wrap around error 的 前提下尽量减少 k 点数目 KPOINTS 文件示例 k points along high symmetry lines 精品文档 16欢迎下载 11 Reciprocal 0 00 0 00 0 00 1 00 0 05 0 00 0 05 1 00 0 05 0 00 0 50 1 00 KPOINTS 文件结构 第1行 注释行 第2行 k 点总数 或者 0 自动生成网格 Automatic k mesh generation 如果是前者 给出 k 点总数 又分为两种情况 M 全手动 Entering all k points explicitly 手动输入即自定义各个 k 点的坐标和 权重 推荐只在能带计算时使用 此时 第3行 输入格式标识 直角坐标 Cartesian 或倒易坐标 Reciprocal 同样的 c C k K for Cartesian 其他首字母则自动切换到 Reciprocal 第4 n 行 逐个 k 点的坐标描述 格式为 x y z W 其中 x y z 是该点的三个坐标 W 是权重 所有 k 点的权重相互之间的比例对了就行 VASP 会自动归一的 注意 C 坐标和 R 坐标的定义 C k 2 a x y z R k x b1 y b2 z b3 b1 b3为倒易晶矢 这里 x y z 只是代表了坐标的顺序 与坐标轴无关 一般如非必要 可以先用自动模式生成 k 点 VASP 会自动生成一个简约化后的 k 点矩阵 存于 IBZKPT 文件 可以直接复制里面的数据到 KPOINTS 文件中使用 这也是该输入法的主 要用途 可以减少重复自动生成格点的时间 另一个用途是为了做精确的 DOS Density of status 计算 由于这类计算所需的 k 点数极大 通过全手动尽可能的优化 k 点也就必需了 精品文档 17欢迎下载 L 半手动 线形模式 Line mode 在计算能带结构时使用 此时需要精确地选取 k 点 在指定的高对称性方向上生成指定数目的 k 点 此时 第2行 指定两