VASP操作介绍两次课实用教案

1、VASP计算(j sun)软件包简介VASP，其全称是Vienna Ab-initio Simulation Package。VASP是一种使用赝势和平面波基组进行从头量子力学分子动力学计算和第一性原理计算的软件包。VASP主要用于具有周期性的晶体或表面的计算，可以采用大单胞，也可以用于处理(chl)小的分子体系。 第1页/共83页第一页，共84页。1. 与同类的软件相比，它比较早地实现了超软赝势，计算量相对于一般的模守恒赝势方法大为减少。2. 其对计算领域(ln y)最大贡献无疑是在Blchl的基础上发展的投影缀加平面波(PAW)方法。这使得VASP不仅计算速度快，而且精度是abinit和p

2、wscf没法比的。VASP的精度，比如磁性计算，很多可以跟FLAPW相比，并且计算速度比FLAPW快很多。 已广泛应用于材料科学领域(ln y)。 第2页/共83页第二页，共84页。1. VESTA软件软件(run jin)模型建立模型建立2. VASP基本原理简介基本原理简介3. VASP软件软件(run jin)基本知识基本知识4. 常用关键词使用说明常用关键词使用说明5. 实例解析，实际操作？实例解析，实际操作？主要主要(zhyo)介绍内容介绍内容第3页/共83页第三页，共84页。2. VASP程序程序(chngx)基本原理基本原理 VASP是基于赝势平面波基组的密度泛函程序，其前身是是

3、基于赝势平面波基组的密度泛函程序，其前身是CASTEP 1989版本，其基本原理如下：版本，其基本原理如下： 根据根据Bloch定理定理(dngl)，对于周期体系，其电子波函数可以，对于周期体系，其电子波函数可以写为单胞部分和类波部分的乘积：写为单胞部分和类波部分的乘积： )()(rferirk ii 其中，单胞部分的波函数可以用一组在倒易空间的平面其中，单胞部分的波函数可以用一组在倒易空间的平面(pngmin)(pngmin)波来表示：波来表示： GrGiGiiecrf,)(第4页/共83页第四页，共84页。这样这样(zhyng)(zhyng)，电子波函数可以写为平面波的加和：，电子波函数可

4、以写为平面波的加和： GrGkiGkiiecr)(,)(根据根据(gnj)(gnj)密度泛函理论，波函数通过求解密度泛函理论，波函数通过求解KohnShamKohnSham方程来确定：方程来确定： )()()()()(222rrrVrVrVmiiiXCHion i：KohnSham本征值本征值Vion：电子：电子(dinz)与核之间的作用势与核之间的作用势VH和和VXC：电子：电子(dinz)的的Hartree势和交换势和交换-相关势相关势 | |) ()(32rdrrrnerVH)()()(rnrnErVXCXC第5页/共83页第五页，共84页。基于平面波表示基于平面波表示(biosh)(b

5、iosh)的的KohnShamKohnSham方程：方程： ,22) () () (|2GGkiiGkiXCHionGGccGGVGGVGGVGkm上式中动能项是对角化的，通过求解上式方括号中的哈密顿矩上式中动能项是对角化的，通过求解上式方括号中的哈密顿矩阵来求解阵来求解KSKS方程，该矩阵的大小由截至方程，该矩阵的大小由截至(jizh)(jizh)能能(cutoff energy)(cutoff energy)来决定。来决定。第6页/共83页第六页，共84页。尝试电子密度和尝试波函数尝试电子密度和尝试波函数写出交换相关势表达式写出交换相关势表达式构造哈密顿量构造哈密顿量子空间对角化，优化迭代

6、子空间对角化，优化迭代自由能的表达式自由能的表达式E新电子密度，与尝试电子密度比较新电子密度，与尝试电子密度比较输出结果，写波函数输出结果，写波函数是否程序流程：程序流程： 第7页/共83页第七页，共84页。 与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点：与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点：无需考虑无需考虑BSSE校正；校正；平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样，一方面，价平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样，一方面，价电子对离子的作用力可以直接用电子对离子的作用力可以直接用Hellman-Feymann定理得到定理得到解析的表达式，计算显得非常方便，另一方面也使能量的计解析

7、的表达式，计算显得非常方便，另一方面也使能量的计算在不同的原子构象下具有基本相同的精度；算在不同的原子构象下具有基本相同的精度；很方便地采用快速傅立叶变换很方便地采用快速傅立叶变换(FFT)技术技术(jsh)，使能量、力等，使能量、力等的计算在实空间和倒易空间快速转换，这样计算尽可能在方的计算在实空间和倒易空间快速转换，这样计算尽可能在方便的空间中进行；便的空间中进行；计算的收敛性和精确性比较容易控制，因为通过截断能的选择可计算的收敛性和精确性比较容易控制，因为通过截断能的选择可以方便控制平面波基组的大小。以方便控制平面波基组的大小。第8页/共83页第八页，共84页。 平面波基组方法的不足之处

8、：平面波基组方法的不足之处：所求得的波函数很难寻找出一个直观的物理或化学图象与化学所求得的波函数很难寻找出一个直观的物理或化学图象与化学家习惯的原子轨道的概念相联系，即其结果家习惯的原子轨道的概念相联系，即其结果(ji gu)与化学与化学家所感兴趣的成键和轨道作用图象很难联系出来，这就为家所感兴趣的成键和轨道作用图象很难联系出来，这就为我们计算结果我们计算结果(ji gu)的分析带来了困难；的分析带来了困难；考察某些物理量时，例如原子电荷，涉及到积分范围的选取，考察某些物理量时，例如原子电荷，涉及到积分范围的选取，这造成所得物理量的绝对值意义不大；这造成所得物理量的绝对值意义不大；有些方法，例

9、如杂化密度泛函方法不易于采用平面波基组方法有些方法，例如杂化密度泛函方法不易于采用平面波基组方法实现。实现。第9页/共83页第九页，共84页。3. VASP程序程序(chngx)基本知识基本知识1. VASP程序(chngx)主要功能：能量计算J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 191第10页/共83页第十页，共84页。能带结构能带结构(jigu)DOS2) 电子电子(dinz)结构结构(能带结构、能带结构、DOS、电荷密度分布、电荷密度分布)第11页/共83页第十一页，共84页。电荷电荷(dinh)密度分布密度分布J. Phys. Chem. B, 2005, 109,

10、 19270第12页/共83页第十二页，共84页。3) 构型优化构型优化(含过渡态含过渡态)和反应和反应(fnyng)途径途径J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 15454第13页/共83页第十三页，共84页。4) 频率计算频率计算(j sun)和和HREELS能谱模拟能谱模拟J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 7437第14页/共83页第十四页，共84页。5) STM图像图像(t xin)模拟模拟Surf. Sci., 2007, 601, 3488第15页/共83页第十五页，共84页。6) UPS能谱图像能谱图像(t xin)模拟模拟Surf.

11、Sci., 2007, 601, 3488第16页/共83页第十六页，共84页。7) 材料光学材料光学(gungxu)性质计算性质计算8) 其它其它(qt)性质计算，包括功函、力学性质等性质计算，包括功函、力学性质等第17页/共83页第十七页，共84页。2. 2. 重复平板模型重复平板模型( (或层晶模型或层晶模型) )： VASP VASP程序采用程序采用(ciyng)(ciyng)重复平板模型来模拟零维至三维体系重复平板模型来模拟零维至三维体系零维分子零维分子(fnz)体系体系第18页/共83页第十八页，共84页。Dv: Vacuum thickness (10 A)二维固体二维固体(gt

12、)表面表面第19页/共83页第十九页，共84页。说明：说明： 重复平板模型中的平移矢量长度必须重复平板模型中的平移矢量长度必须(bx)合理选择，合理选择，以保证：以保证：对于分子体系，必须对于分子体系，必须(bx)保证相邻重复单元中最近邻原子保证相邻重复单元中最近邻原子之间的距离必须之间的距离必须(bx)至少至少710埃以上；埃以上；对于一维体系，相邻两条链最近邻原子之间的距离必须对于一维体系，相邻两条链最近邻原子之间的距离必须(bx)至少至少710埃以上；埃以上；对二维体系，上下两个平板最近邻原子之间的距离必须对二维体系，上下两个平板最近邻原子之间的距离必须(bx)至少至少710埃以上；埃以

13、上；第20页/共83页第二十页，共84页。Total energyLength of vector4) 严格意义上，通过考察体系严格意义上，通过考察体系(tx)总能量总能量/能量差值对真空区大能量差值对真空区大小的收敛情况来确定合理的平移矢量长度。小的收敛情况来确定合理的平移矢量长度。第21页/共83页第二十一页，共84页。3. K网格网格(wn )大小的选择：大小的选择： 对于一维至三维体系的计算，需涉及对于一维至三维体系的计算，需涉及k点数目的选择，对点数目的选择，对于于K点的确定，它与布里渊区的形状以及对称性有关。点的确定，它与布里渊区的形状以及对称性有关。VASP的的K点输入方法有多种

14、，其中最常用的是直接给定点输入方法有多种，其中最常用的是直接给定K-mesh的大小，的大小，然后程序根据布里渊区的形状以及对称性自动生成各然后程序根据布里渊区的形状以及对称性自动生成各K点的坐点的坐标和权重。标和权重。 对于对于K-mesh的确定方法，通常通过考察总能量的确定方法，通常通过考察总能量/能量差的收敛能量差的收敛程度来确定，能量的收敛标准是程度来确定，能量的收敛标准是1meV/atom。 多数情况下，对半导体或绝缘体较小的多数情况下，对半导体或绝缘体较小的K-mesh能量就可以能量就可以收敛，对于导体，一般需要较大的收敛，对于导体，一般需要较大的K-mesh。第22页/共83页第二

15、十二页，共84页。第23页/共83页第二十三页，共84页。24681012-10.9-10.8-10.7-10.6-10.5-10.4-10.3-10.2Total energy(eV)Size of k-mesh硅体相总能量硅体相总能量(nngling)随随K-mesh大小的变化情况大小的变化情况第24页/共83页第二十四页，共84页。4. Cutoff energy大小的选择：大小的选择： 截至能的大小直接影响截至能的大小直接影响(yngxing)到计算结果的精度到计算结果的精度和计算速度，和计算速度，因此，它是平面波计算方法的一个重要参数。因此，它是平面波计算方法的一个重要参数。 理论上

16、截断能越大计算结果也可靠，但截至能大小决理论上截断能越大计算结果也可靠，但截至能大小决定定了计算中平面波的数目，平面波数目越多计算时间约长、了计算中平面波的数目，平面波数目越多计算时间约长、内内存开销越大。存开销越大。 一般根据所求物理量来确定截至能，例如计算体模量一般根据所求物理量来确定截至能，例如计算体模量以以及弹性系数时，需要较高的截至能，而通常的构型优化及弹性系数时，需要较高的截至能，而通常的构型优化只要只要中等大小的截至能即可，另外动力学模拟时，可选取低中等大小的截至能即可，另外动力学模拟时，可选取低的截的截至能。至能。 第25页/共83页第二十五页，共84页。 不同元素不同元素(y

17、un s)在构造其赝势时，有各自的截至能，对于在构造其赝势时，有各自的截至能，对于VASP，在缺省情况下，选取的是中等大小的截至能，这对于求解多在缺省情况下，选取的是中等大小的截至能，这对于求解多数物理量是足够的。严格意义上，截至能的确定与数物理量是足够的。严格意义上，截至能的确定与K-mesh大大小的确定类似，也是通过考察在总能量的收敛情况来确定小的确定类似，也是通过考察在总能量的收敛情况来确定(即即保证总能量收敛至保证总能量收敛至1meV/atom)。第26页/共83页第二十六页，共84页。硅体相总能量硅体相总能量(nngling)随随cutoff energy大小的变化情况大小的变化情况

18、100150200250300-10.80-10.75-10.70-10.65-10.60-10.55Total energy (eV)Cutoff energy (eV)第27页/共83页第二十七页，共84页。5. VASP输入和输出输入和输出(shch)文件：文件：输入输入(shr)文件文件(文件名必需大写文件名必需大写) INCAR : 其其内内容容为关键词为关键词，确定了，确定了计计算算参数参数(cnsh)以及目的；以及目的；POSCAR : 构构型描述文件，主要包括平移矢量、原子型描述文件，主要包括平移矢量、原子类类 型和型和数数目、以及各原子坐目、以及各原子坐标标；KPOINTS

19、: K点定点定义义文件，可手文件，可手动动定定义义和自和自动产动产生；生；POTCAR : 各原子的各原子的赝势赝势定定义义文件。文件。第28页/共83页第二十八页，共84页。主要输出主要输出(shch)文件文件 OUTCAR : 最主要的最主要的输输出文件，包含了所有重要信息；出文件，包含了所有重要信息； OSZICAR : 输输出出计计算算过过程的能量程的能量(nngling)迭代信息；迭代信息；CONTCAR: 内内容容为为最新一最新一轮轮的的构构型型(分分数数坐坐标标，可用于，可用于续续算算)；CHGCAR、CHG、PARCHG :用于用于电电荷密度荷密度图绘图绘制；制；WAVECAR

20、 : 波函波函数数文件；文件；EIGENVAL: 记录记录各各K点的能量点的能量(nngling)本征本征值值，用于，用于绘绘制能制能带图带图；XDATCAR: 构构型迭代型迭代过过程中各程中各轮轮的的构构型信息型信息(分分数数坐坐标标，用于，用于 动动力力学学模模拟拟)；DOSCAR : 态态密度信息。密度信息。第29页/共83页第二十九页，共84页。POSCAR文件文件(wnjin)内容说明：内容说明：Silicon bulk (Title) 2.9 (Scaling factor or lattice constant) 0.0 1.0 1.0 (第一个平移矢量的方向第一个平移矢量的方向

21、) 1.0 0.0 1.0 (第二个平移矢量的方向第二个平移矢量的方向) 1.0 1.0 0.0 (第三个平移矢量的方向第三个平移矢量的方向) 2(单胞内原子数目以及原子种类单胞内原子数目以及原子种类(zhngli)Selective dynamics(表示对构型进行部分优化，如果没这行，则表示全优化表示对构型进行部分优化，如果没这行，则表示全优化)Direct (表示所采用的为分数坐标，如果内容为表示所采用的为分数坐标，如果内容为Car，则坐标单位为埃，则坐标单位为埃) 0.125 0.125 0.125 T T T (各原子坐标以及哪个方向坐标放开优化各原子坐标以及哪个方向坐标放开优化)

22、-0.125 -0.125 -0.125 T T T第30页/共83页第三十页，共84页。surface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 20 20 (体系体系(tx)中有中有2种元素，各自的原子数目分别为种元素，各自的原子数目分别为20，20)Selective dynamicsDirect 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.5000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.500

23、0000000000000 0.5000000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.0000000000000000 0.5000000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.2500000000000000 0.2500000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.7500000000000000 0.2500000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.2500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000

24、000 F F F 0.7500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000000 F F F 第31页/共83页第三十一页，共84页。POTCAR文件内容说明：文件内容说明： VASP程序本身有提供了赝势库，只需将体系各类原子程序本身有提供了赝势库，只需将体系各类原子(yunz)的的赝势合并在一起即可，但需注意到：赝势合并在一起即可，但需注意到：1) 赝势类型：赝势类型：US型赝势型赝势LDAGGAPW91PBEPAW型赝势型赝势GGAPW91PBELDAUS型赝势所需截至能较型赝势所需截至能较小，计算速度快，小，计算速度快，PAW赝势截至能

25、通常较大赝势截至能通常较大(jio d)，而且考虑的电子数，而且考虑的电子数多，计算慢，但精确度多，计算慢，但精确度高。高。第32页/共83页第三十二页，共84页。2) POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需中各原子赝势定义的顺序必需(bx)与与POSCAR中相同：中相同：surface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 20 20Selective dynamicsDirect3) 对各原子对各原子(yunz)的赝势参数，我们最关心的是截至能以及电子数的赝势参数，我们最关心的是截至能以及电子数;4) POTCAR的泛函类型必需与的泛函类型必需与INCA

26、R中中GGA关键词定义的关键词定义的 类型一致；类型一致；5) 使用使用zcat命令产生和合并命令产生和合并POTCAR文件。文件。第33页/共83页第三十三页，共84页。对应对应(duyng)于中等大小的截至能于中等大小的截至能(构型优化时采用构型优化时采用)对应于低的截至对应于低的截至(jizh)能能(动力学模拟时采用动力学模拟时采用)构造该赝势时，所采用的泛函类型构造该赝势时，所采用的泛函类型(lixng)，这里为这里为PW91电子数目和组态电子数目和组态第34页/共83页第三十四页，共84页。KPOINTS文件内容说明：文件内容说明： 一般有两种定义一般有两种定义K点的方法点的方法(f

27、ngf)：1) 通过定义通过定义K-mesh大小，由程序自动产生各大小，由程序自动产生各K点：点：Automatic mesh (title)0 (为为0时，表示自动产生时，表示自动产生K点点)M (表示采用表示采用Monkhorst-Pack方法方法(fngf)生成生成K点坐点坐标标)5 5 5(对应于对应于5x5x5网格网格)0 0 0(原点平移大小原点平移大小)第35页/共83页第三十五页，共84页。2)手动定义各手动定义各K点的坐标点的坐标(一般仅在计算一般仅在计算(j sun)能带结构时使用能带结构时使用)： k-points for MgO(100) (title) 31 (K点数

28、目点数目)Rec (字母字母R打头打头(d tu)表示为倒易空间坐标，否则为实空间的坐标表示为倒易空间坐标，否则为实空间的坐标) 0.0 0.0 0.0 1.0 (各各K点的坐标以及权重点的坐标以及权重)第36页/共83页第三十六页，共84页。6. VASP安装和运行：安装和运行： (1) VASP程序安装：程序安装： a. 设置编译环境：安装设置编译环境：安装Fortran编译器，常用为编译器，常用为IFC b. 对于并行版本对于并行版本vasp的编译，还需安装的编译，还需安装MPICH c. 编译编译vasp自带的库文件自带的库文件 d. 对对makefile进行修改进行修改(xigi)，

29、包括，包括BLAS和和Lapack库文件所在库文件所在 目录，一般可采用目录，一般可采用IFC所带的数学库所带的数学库 e. 运行运行make命令进行编译命令进行编译 (2) 创建输入文件，包括创建输入文件，包括INCAR，KPOINTS，POSCAR 和和POTCAR第37页/共83页第三十七页，共84页。 (3) 运行运行(ynxng)vasp： 单机版：单机版：/bin/vasp.4.5-ifc-mk-sp vasp.out &版本号版本号编译编译(biny)环境环境多个多个(du )K点点Single process并行版本：并行版本：mpirun np 4 machinefi

30、le ./hosts /bin/vasp.4.5-ifc-mk-mp & vasp.out &CPU数目数目存放要并行运算的机器名或者存放要并行运算的机器名或者IP第38页/共83页第三十八页，共84页。常用关键词使用说明常用关键词使用说明( (部分参考清华大学物理系苏长荣编写部分参考清华大学物理系苏长荣编写(binxi)(binxi)的的VASPVASP安装和使用说明安装和使用说明) )(1)(2)第39页/共83页第三十九页，共84页。一般单胞尺寸大时，选实空间一般单胞尺寸大时，选实空间(kngjin)，小单胞选取倒易空间，小单胞选取倒易空间(kngjin)。EDIFF=1

31、e-4ENCUT=数值数值(shz)用户手动定义截至能，如果没有，则由用户手动定义截至能，如果没有，则由PREC选项确定。选项确定。(3)(4)(5)(6)第40页/共83页第四十页，共84页。EDIFFG=EDIFF 10当数值为负数时，表示以力作为收敛标准，多数情况当数值为负数时，表示以力作为收敛标准，多数情况(qngkung)均采用均采用力作为收敛标准。力作为收敛标准。ALGO=38|48该关键词确定能量计算迭代方法该关键词确定能量计算迭代方法38-采用采用Davidson优化方法；优化方法；(可靠可靠(kko)，但速度慢，但速度慢)48-采用采用RMM-DIIS算法；算法；(常用，速度

32、快常用，速度快)ISYM=0|1|2该关键词确定能量和构型优化时是否使用对称性该关键词确定能量和构型优化时是否使用对称性(将影响到将影响到K点数目和计算量大小点数目和计算量大小(dxio)0-不使用对称性；不使用对称性；1-采用对称性；采用对称性；2-用于用于PAW型赝势；型赝势；(7)(8)第41页/共83页第四十一页，共84页。NELM=整数整数(zhngsh)该关键词确定能量自洽场最大迭代轮数，缺省为该关键词确定能量自洽场最大迭代轮数，缺省为60轮；轮；NELMIN=整数整数(zhngsh) 在构型优化中，计算每个构象能量时最在构型优化中，计算每个构象能量时最少迭代轮数，一般为少迭代轮数

33、，一般为34，以保证能量和力的稳定性；，以保证能量和力的稳定性；定义定义DFT泛函类型，注意泛函类型，注意(zh y)要与要与POTCAR中的赝势类型一致。中的赝势类型一致。(9)(10)ISPIN=1|21-非自旋极化计算非自旋极化计算(缺省缺省)2-自旋极化计算自旋极化计算, 将给出体系磁矩大小将给出体系磁矩大小(对含有过渡金属对含有过渡金属(jnsh)原原子体系，一般均要采用自旋极化方法子体系，一般均要采用自旋极化方法)。(11)第42页/共83页第四十二页，共84页。(12)第43页/共83页第四十三页，共84页。(13)第44页/共83页第四十四页，共84页。 ISMEAR选择：选择

34、：1) 对半导体或绝缘体选取对半导体或绝缘体选取-5，如果单胞较大时，或者所选取，如果单胞较大时，或者所选取k 点数目少时，用点数目少时，用0；2) 对导体，通常用对导体，通常用0； SIGMA取值：取值： SIGMA取值的原则是使得计算得到的取值的原则是使得计算得到的TS项项(OUTCAR中中)，分摊分摊(fntn)到每个原子上时小于到每个原子上时小于1meV，否则得到的总能量不准确，否则得到的总能量不准确，对导体尤其要注意该参数的选择。对导体尤其要注意该参数的选择。第45页/共83页第四十五页，共84页。以下为构型优化所用以下为构型优化所用(su yn)关键词：关键词：NSW=整数整数 构

35、型优化的最大轮数构型优化的最大轮数IBRION = -1|0|1|2 构型优化方法：构型优化方法：-1-构型不变更；构型不变更；0-分子动力学模拟；分子动力学模拟；1-采用准牛顿方法确定新的构型采用准牛顿方法确定新的构型(当初始构型较合理时使用当初始构型较合理时使用)；2-采用采用CG方法确定构型方法确定构型(当初始构型离平衡位置较远时使用当初始构型离平衡位置较远时使用)。POTIM=数值数值 控制构型优化步长，缺省为，对动力学模拟则为时控制构型优化步长，缺省为，对动力学模拟则为时间步长间步长(单位为单位为fs)(14)第46页/共83页第四十六页，共84页。输出控制关键词：输出控制关键词：

36、LCHARG = .FALSE. (输出电荷密度？输出电荷密度？) LWAVE = .FALSE. (输出波函数？输出波函数？) LVTOT = .FALSE.(输出静电势，求功函时使用输出静电势，求功函时使用)其他其他(qt)关键词：关键词： NPAR = 8 (CPU数目，并行计算时使用数目，并行计算时使用) LPLANE = .TRUE.(与并行算法有关与并行算法有关)(15)(16)第47页/共83页第四十七页，共84页。VASP中电子态密度计算(j sun)的流程主要分成(fn chn)三步：一、结构优化；二、静态自洽计算；三、非自洽计算第48页/共83页第四十八页，共84页。 第一

37、步 结构(jigu)优化 输入文件（INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT） INCAR文件 System=Al ISTART=0 ISMEAR=1 ISPIN=2 IBRION=2 NSW=50 ISIF=2 (OR 3) NPAR=10第49页/共83页第四十九页，共84页。 POTCAR 文件直接(zhji)在势库中拷贝 POSCAR文件 Al 4 Direct第50页/共83页第五十页，共84页。 KPOINT 文件(wnjin) Automatic generation 0 Mohkorst Pack 15 15 15第51页/共83页第五十一页，共84页。 第二

38、步 静态自洽计算(j sun) INCAR： PREC = Medium，ISTART = 0，ICHARG = 2，ISMEAR = -5 输入文件（INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT） INCAR文件 System=Al ISTART=0 ISMEAR=1 ISPIN=2 #IBRION=2 #NSW=50 #ISIF=2 (OR 3) NPAR=10第52页/共83页第五十二页，共84页。 POTCAR 文件(wnjin)直接在势库中拷贝 POSCAR文件(wnjin) Al 4 Selective Dynamic Direct 0.0 0.0 0.0 T T T

39、 0.5 0.5 0.0 T T T 0.5 0.0 0.5 T T T 0.0 0.5 0.5 T T T第53页/共83页第五十三页，共84页。 KPOINT 文件(wnjin) Automatic generation 0 Mohkorst Pack 15 15 15第54页/共83页第五十四页，共84页。 第二步计算是在结构优化的结果( ji gu)上进行的，所以开始第二步的时候，将第一步中的输入文件INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT 以及 C* 文件放入静态自洽计算中去，并且将CONTCAR 拷贝到 POSCAR中，然后运行VASP。计算结果( ji gu)中

40、的Fermi能是准确的，需要 第55页/共83页第五十五页，共84页。第三步 非自洽计算( j sun)INCAR： PREC = Medium，ICHARG = 11，ISMEAR = -5，LORBIT = 10 或者 11（这时可不设RWIGS)，ISTART = 1第56页/共83页第五十六页，共84页。 在第二步自洽计算的基础上进行，修改(xigi)输入文件INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT。 INCAR文件 System=Al ISTART=1 ISMEAR=-5 ICHARG=11 ISPIN=2 #IBRION=2 #NSW=50 #ISIF=2 (OR

41、 3) NPAR=10第57页/共83页第五十七页，共84页。 POTCAR 文件(wnjin)直接在势库中拷贝 POSCAR文件(wnjin) Al 4 Selective Dynamic Direct 1.0 0.0 0.0 T T T 0.5 0.5 0.0 T T T 0.5 0.0 0.5 T T T 0.0 0.5 0.5 T T T第58页/共83页第五十八页，共84页。KPOINT 文件(wnjin)Automatic generation0Mohkorst Pack21 21 21第59页/共83页第五十九页，共84页。在进行能带和DOS计算时，ISMEAR 不能使用N阶MP

42、方法。因为MP方法在空轨道上有负的占据，所以求得的能带和DOS是不正确的。但是从其它(qt)地方看到-“提示：在计算能带结构时，采ISMEAR = 0或1对结果的影响非常小，可以认为是一样的。但是不能采用ISMEAR = -5 或-4。”ISMEAR到底多少？第60页/共83页第六十页，共84页。计算能带：ICHARG = 11导体的话，用ISMEAR=1；半导体或绝缘体，用ISMEAR=0 。计算 DOS： ICHARG = 11ISMEAR = -5 计算的时候，金属( jnsh)可用0、1，非金属( jnsh)不要大过0，体材料可用4、5（面的话就用1、0 第61页/共83页第六十一页，

43、共84页。 设置完成后进行计算，计算完后，得到包含了态密度值的DOSCAR文件，采用split_dos对态密度文件DOSCAR进行分割，得到总态密度DOS0，各个原子的分波态密度DOS1，DOS2。另外在运行split_dos程序对DOSCAR文件分割时，要保证当前目录下有对应的OUTCAR和POSCAR文件。 分割后的DOS0，DOS1等文件的能量值是以费米(fi m)能级作为能量参考零点。DOS0的第一列数据是能量值，单位为eV；第二列数据是总态密度的值，单位 State/eV.unit cell；第三列数据是总态密度的积分值，也就是电子数，单位为electrons。DOS1是第一个原子的

44、分波态密度值，其中的第一列数据是能量值，单位为eV；第二、三、四列数据分别对应于s、p、d态的分波态密度值，单位为。其他的DOS文件与DOS1类似。第62页/共83页第六十二页，共84页。基本(jbn)任务 计算电子态密度,能带,电荷密度 优化晶体参数(cnsh) 内部自由度弛豫 结构弛豫第63页/共83页第六十三页，共84页。示例1: 用VASP求硅的电子(dinz)态密度和能带分如下(rxi)几步: (1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3). 固定晶格参数, 求出能态密度(DOSCAR),

45、 确定费米能量(4). 修改KPOINTS和INCAR输入文件,固定电荷密度,做非自洽 计算,得到(d do)输出文件EIGENVAL(5). 提取数据,画图 第64页/共83页第六十四页，共84页。(1). 生成4个输入(shr)文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS System =diamond Si ISTART = 0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 Diamond Si0.5 0.5 0.0 2Direct K-Points 0Monkhorst Pack 21

46、21 21 0 0 0VASP提供(tgng)各种POTCAR第65页/共83页第六十五页，共84页。(2). 优化晶格(jn )参数,求出能量最低所对应的晶格(jn )参数第66页/共83页第六十六页，共84页。运行VASP程序(chngx), 查看输出文件:第67页/共83页第六十七页，共84页。(3). 固定晶格参数(cnsh), 求出能态密度(DOSCAR), 确定费米能量找到平衡晶格常数后, 把该值写入到POSCAR文件中,并增加K点数 作一个离子步自洽计算(j sun)(NSW = 0, IBRION = -1) .(ii) 从DOSCAR输出文件中读出态密度和费米能级,费米 费米

47、能级也可从OUTCAR中读出.第68页/共83页第六十八页，共84页。第69页/共83页第六十九页，共84页。(4). 做非自洽计算(j sun), 求电子结构 修改INCAR文件: 将参数ICHARG设为 11 修改KPOINTS输入文件 运行VASP程序,从输出(shch)文件EIGENVAL中提出电子结构第70页/共83页第七十页，共84页。第71页/共83页第七十一页，共84页。画出电荷(dinh)密度 VASP输出电荷(dinh)密度文件CHGCAR 采用免费程序LEV00处理数据文件CHGCAR-3-2-10123-3-2-101( )()00.070.140.210.280.34

48、0.410.480.55第72页/共83页第七十二页，共84页。示例(shl)2: 用VASP求Mg的电子态密度和能带分如下(rxi)几步: (1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3). 固定晶格参数, 求出能态密度(DOSCAR), 确定费米(fi m)能量(4). 修改KPOINTS和INCAR输入文件,固定电荷密度,做非自洽 计算,得到输出文件EIGENVAL(5). 提取数据,画图 第73页/共83页第七十三页，共84页。(1). 生成(shn chn)4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINT