整理VASP问题Microsoft

1、精品文档VASP计算的过程遇到的问题1、VASP能够进行哪些过程的计算？怎样设置？我们平时最常用的研究方法是做单点能计算，结构优化、从头计算的分子动力学和电子结构相关性质的计算。一般我们的研究可以按照这样的过程来进行如果要研究一个体系的最优化构型问题可以首先进行结构弛豫优化，然后对优化后的结构进行性质计算或者单点能计算。如果要研究一个体系的热力学变化过程可以首先进行分子动力学过程模拟，然后在某个温度或压强下进行性质计算或者单点能计算。如果要研究一个体系的热力学结构变化可以首先在初始温度下进行NVT计算，然后进行分子动力学退火，然后在结束温度下进行性质计算研究。2、什么是单点能计算(single

2、pointenergy)?如何计算？跟其它软件类似，VASP具有单点能计算的功能。也就是说，对一个给定的固定不变的结构(包括原子、分子、表面或体材料)能够计算其总能，即静态计算功能。单点能计算需要的参数最少，最多只要在KPOINTS文件中设置一下合适的K点或者在INCAR文件中给定一个截断能ENCUT就可以了。还有一个参数就是电子步的收敛标准的设置EDIFF，默认值为EDIFF=1E-4,一般不需要修改这个值。具体来说要计算单点能，只要在INCAR中设置旧RION=-1也就是让离子不移动就可以了。3、什么是结构优化(structureoptimization)?如何计算？结构优化又叫结构弛豫(

3、structurerelax),是指通过对体系的坐标进行调整，使得其能量或内力达到最小的过程，与动力学退火不同，它是一种在0K下用原子间静力进行优化的方法。可以认为结构优化后的结构是相对稳定的基态结构，能够在实验之中获得的几率要大些(当然这只是理论计算的结果，必须由实验来验证)。一般要做弛豫计算，需要设置弛豫收敛标准，也就是告诉系统收敛达成的判据(convergencebreakcondition),当系统检测到能量变化减小到一个确定值时例如EDIFFG=1E-3时视为收敛中断计算，移动离子位置尝试进行下一步计算。EDIFFG这个值可以为负，例如EDIFFG=-0.02,这时的收敛标准是当系统

4、发现所有离子间作用力都小于给定的数值，如0.02eV/A时视为收敛而中断。弛豫计算主要有两种方式：准牛顿方法(quasi-NewtonRMM-DIIS)和共轲梯度法(CG)两种。准牛顿方法计算速度较快，适合于初始结构与平衡结构(势能面上全局最小值)比较接近的情况，而CG方法慢一些，找到全局最小的可能性也要大一些。选择方法为旧RION=1时为准牛顿方法而旧RION=2时为CG方法。具体来说要做弛豫计算，设置旧RION=1或者2就可以了，其它参数根据需要来设置。NSW是进行弛豫的最大步数，例如设置NSW=100,当计算在100步之内达到收敛时计算自动中断，而100步内没有达到收敛的话系统将在第10

5、0步后强制中止(平常计算步数不精品文档精品文档会超过100步，超过100步可能是计算的体系出了问题）。参数通常可以从文献中发现，例如收敛标准EDIFFG等。有的时候我们需要一些带限制条件的弛豫计算，例如冻结部分原子、限制自旋的计算等等。冻结部分原子可以在POSCAR文件中设置selectivedynamic来实现。自旋多重度限制可以在INCAR中以NUPDOWN选项来设置。另外ISIF选项可以控制弛豫时的晶胞变化情况，例如晶胞的形状和体积等。费米面附近能级电子分布的smearing是一种促进收敛的有效方法，可能产生物理意义不明确的分数占据态情况，不过问题不大。在INCAR文件中以ISMEAR来

6、设置。一般来说K点只有一两个的时候采用ISMEAR=0,金属体材料用ISMEAR=1或2,半导体材料用ISMEAR=-5等等。不过有时电子步收敛速度依然很慢，还需要设置一些算法控制选项，例如设置ALGO=Very_Fast,减小真空层厚度，减少K点数目等。弛豫是一种非常有效的分析计算手段，虽然是静力学计算但是往往获得一些动力学得不到的结果。4、vasp的分子动力学模拟vasp做分子动力学的好处，由于vasp是近些年开发的比较成熟的软件，在做电子scf速度方面有较好的优势。缺点：可选系综太少。尽管如此，对于大多数有关分子动力学的任务还是可以胜任的。主要使用的系综是NVT和NVE。一般做分子动力学

7、的时候都需要较多原子，一般都超过100个。当原子数多的时候，k点实际就需要较少了。有的时候用一个k点就行，不过这都需要严格的测试。通常超过200个原子的时候，用一个k点，即Gamma点就可以了。INCAR:EDIFF一般来说，用1E-4或者1E-5都可以，这个参数只是对第一个离子步的自洽影响大一些，对于长时间的分子动力学的模拟，精度小一点也无所谓，但不能太小。IBRION=0分子动力学模拟IALGO=48一般用48,对于原子数较多，这个优化方式较好。NSW=1000多少个时间步长。POTIM=3时间步长，单位fs,通常1到3.ISIF=2计算外界的压力.NBLOCK=1多少个时间步长，写一次C

8、ONTCAR,CHG和CHGCAR,PCDAT.KBLOCK=50NBLOCK*KBLOCK个步长写一次XDATCAR.（个离子步写一次PCDAT.）ISMEAR=-1费米迪拉克分布.SIGMA=0.05单位：电子伏NELMIN=8一般用6到8,最小的电子scf数.太少的话，收敛的不好.LREAL=AAPACO=10径向分布函数距离，单位是埃.NPACO=200径向分布函数插的点数.LCHARG=F尽量不写电荷密度，否则CHG文件太大.TEBEG=300初始温度.精品文档精品文档TEEND=300终态温度。不设的话，等于TEBEG.SMASS=-3NVEensemble;-1用来做模拟退火。大

9、于0NVT系综。正确：SMASS=1,2,3是没有区别的。都是NVTensemble。SMASS只要是大于0就是NVT系综。CONTCAR是每个离子步之后都会写出来的，但是会用新的把老的覆盖CHG是在每10个离子步写一次，不会覆盖CHGCAR是在任务正常结束之后才写的。5、收敛判据的选择结构弛豫的判据一般有两中选择：能量和力。这两者是相关的，理想情况下，能量收敛到基态，力也应该是收敛到平衡态的。但是数值计算过程上的差异导致以二者为判据的收敛速度差异很大，力收敛速度绝大部分情况下都慢于能量收敛速度。这是因为力的计算是在能量的基础上进行的，能量对坐标的一阶导数得到力。计算量的增大和误差的传递导致力

10、收敛慢。到底是以能量为收敛判据，还是以力为收敛判据呢？关心能量的人，觉得以能量为判据就够了；关心力相关量的人，没有选择，只能用力作为收敛标准。对于超胞体系的结构优化，文献大部分采用Gamma点做单点优化。这个时候即使采用力为判据（EDIFFG=-0.02）,在做静态自洽计算能量的时候，会发现，原本已经收敛得好好的力在不少敏感位置还是超过了结构优化时设置的标准。这个时候，是不是该怀疑对超胞仅做Gamma点结构优化的合理性呢？是不是要提高K点密度再做结构优化呢。在我看来，这取决于所研究的问题的复杂程度。我们的计算从原胞开始，到超胞，到掺杂结构，到吸附结构，到反应和解离。每一步都在增加复杂程度。结构

11、优化终点与初始结构是有关的，如果遇到对初始结构敏感的优化，那就头疼了。而且，还要注意到，催化反应不仅与原子本身及其化学环境有关，还会与几何构型有关。气固催化反应过程是电子的传递过程，也是分子拆分与重新组合的过程。如果优化终点的构型不同，可能会导致化学反应的途径上的差异。仅从这一点来看，第一性原理计算的复杂性，结果上的合理性判断都不是手册上写的那么简单。对于涉及构型敏感性的结构优化过程，我觉得，以力作为收敛判据更合适。而且需要在Gamma点优化的基础上再提高K点密度继续优化，直到静态自洽计算时力达到收敛标准的。6、结构优化参数设置结构优化，或者叫弛豫，是后续计算的基础。其收敛性受两个主要因素影响

12、：初始结构的合理性和弛豫参数的设置初始结构初始结构包括原子堆积方式，和自旋、磁性、电荷、偶极等具有明确物理意义的模型相关参数。比如掺杂，表面吸附，空位等结构，初始原子的距离，角度等的设置需要有一定的经验积累。DFT计算短程强相互作用（相对于范德华力），如果初始距离设置过远（如超过4埃），则明显导致收敛很慢甚至得到不合理的结果。精品文档精品文档比较好的设置方法可以参照键长。比如CO在O顶位的吸附，可以参照CO2中C-O键长来设置（如增长20%）。也可以参照文献。记住一些常见键长，典型晶体中原子间距离等参数，有助于提高初始结构设置的合理性。实在不行，可以先在小体系上测试，然后再放到大体系中算。弛豫

13、参数弛豫参数对收敛速度影响很大，这一点在计算工作没有全部铺开时可能不会觉察到有什么不妥，反正就给NSW设置个“无穷大”的数，最后总会有结果的。但是，时间是宝贵的，恰当的设置3小时就收敛的结果，不恰当的设置可能要一个白天加一个黑夜。如果你赶文章或者赶着毕业，你就知道这意味这什么。结构优化分电子迭代和离子弛豫两个嵌套的过程。电子迭代自洽的速度，有四个响很大的因素：初始结构的合理性，k点密度，是否考虑自旋和高斯展宽（SIGMA）;离子弛豫的收敛速度，有三个很大的影响因素：弛豫方法（旧RION），步长（POTIM）和收敛判据（EDIFFG）.一般来说，针对理论催化的计算，初始结构都是不太合理的。因此一

14、开始采用很粗糙的优化（EDIFF=0.001,EDIFFG=-0.2）,很低的K点密度（Gamma）,不考虑自旋就可以了，这样NSWparam.inc,其中param.inc是包含了输出结果的文件，在param.inc文件中你可以看到这些参数的值，以及计算大概需要多少的内存。然后把param.inc文件中的NGX,NGY,NGZ和NBANDS的值拷贝到INCAR文件中。第二个是计算态密度时，我个人的做法是，一般把KPOINTS文件中的k点增多，然后精品文档精品文档把INCAR文件中的ISTART=1,ICHARG=11,当然还设置RWIGS。最后把静止自洽计算得到的CHG和CHGCAR文件拷贝

15、到当前目录下。从我在单机上的计算来看，没有WAVECAR文件也是可以计算态密度的。我想你出现的这个问题，可能是你cluster上计算时，每个节点上的CHGCAR和WAVECAR文件不一致造成的。第三个是当k点数增加了，会出现一个WARING,要把此WARNING消失掉，在INCAR文件中设置NELMDL，它的值小于等于默认值(默认值好像是-5,你可以设为-6)。没有cluster的系统用来计算，也没有这样的经历，我仅从在单机上的计算经验来谈，有错还请包涵9、如何用VASP计算铁磁、反铁磁和顺磁顺磁，意味进行non-spinpolarized的计算，也就是ISPIN=1。铁磁，意味进行spin-

16、polarized的计算，ISPIN=2,而且每个磁性原子的初始磁矩设置为一样的值，也就是磁性原子的MAGMOM设置为一样的值。对非磁性原子也可以设置成一样的非零值(与磁性原子的一样)或零，最后收敛的结果，非磁性原子的local磁矩很小，快接近0,很小的情况，很可能意味着真的是非磁性原子也会被极化而出现很小的local磁矩。反铁磁，也意味着要进行spin-polarized的计算，ISPIN=2,这是需采用反铁磁的磁胞来进行计算，意味着此时计算所采用的晶胞不再是铁磁计算时的最小原胞。比如对铁晶体的铁磁状态，你可以采用bcc的原胞来计算，但是在进行反铁磁的Fe计算，这是你需要采用sc的结构来计算

17、，计算的晶胞中包括两个原子，你要设置一个原子的MAGMOM为正的，另一个原子的MAGMOM设置为负，但是它们的绝对值一样。因此在进行反铁磁的计算时，应该确定好反铁磁的磁胞，以及磁序，要判断哪种磁序和磁胞是最可能的反铁磁状态，那只能是先做好各种可能的排列组合，然后分别计算这些可能组合的情况，最后比较它们的总能，总能最低的就是可能的磁序。同样也可以与它们同铁磁或顺磁的进行比较。了解到该材料究竟是铁磁的、还是顺磁或反铁磁的。亚铁磁，也意味要进行spin-polarized的计算，ISPIN=2,与反铁磁的计算类似，不同的是原子正负磁矩的绝对值不是样大。非共线的磁性，那需采用专门的non-collin

18、ear的来进行计算，除了要设置ISPIN,MAGMOM的设置还需要指定每个原子在x,y,z方向上的大小。这种情况会复杂一些。举个例子来说，对于Mn-Cu(001)c(2x2)这种体系，原胞里面有2个Mn原子，那么你直接让两个Mn原子的MAGMOM的绝对值一样，符号相反就可以了，再加上ISPIN=2。这样就可以实现进行反铁磁的计算了10、vasp在计算磁性的时候，oszicar中得到的磁矩和outcar中得到各原子磁矩之和不一致在投稿的是否曾碰到有审稿人质疑，对于这个不一致你们一般是怎么解释的了？精品文档精品文档答：OSZICAR中得到的磁矩是OUTCAR中最后一步得到的总磁矩是相等的。总磁矩和各原子的磁矩（RMT球内的磁矩）之和之差就是间隙区的磁矩。因为有间隙区存在，不一致是正常的。11、磁性计算应该比较负责。你应该还使用别的程序计算过磁性，与vasp结