初学VASP的几个注意

1、初学VASP(一) whats it?VASP = Vienna Ab-initio Simulation PackageVASP is a complex package for performing ab-initio quantum-mechanical molecular dynamics (MD) simulations using pseudopotentials (如超软赝势 US-PP) or the projector-augmented wave (PAW) method and a plane wave basis set.The approach implemented

2、 in VASP is based on the (finite-temperature) local-density approximation with the free energy as variational quantity and an exact evaluation of the instantaneous electronic ground state at each MD time step.它的好处主要包括基组小适于第一行元素和过渡金属，大体系计算快(半导体，绝缘体，不过呢，很多时候主要还是受硬件限制简约化可以使k点的数目大大下降。对于原子数较多的体系的计算，就需要谨慎

3、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。另一个问题是k空间网格(k-points grid)的位置和形状，是否包括点(Gamma点，也可理解为原点)？(一般不包括的话很可能会带来误差，尤其是使用了tetrahedron方法的时候。暂时还不知道不包括的好处，为了减少k点？)方形？线形？还是长方形？或者奇形怪状？ ：）后文另述。那么现在来看看KPOINTS file的结构：Line1: comment line 注释行 no problemLine2: k点总数 或者 0自动生成网格(Automatic k-mesh generation)如果

4、是前者，给出k点总数，又分两种情况M.全手动 Entering all k-points explicitlyLine3: 输入格式标识。直角坐标 (Cartesian)或者 倒格坐标（Reciprocal）同样的 cCkK for Cartesian，其他首字母则自动切换到 ReciprocalLine4-n: 逐个k点的描述。 格式为 x y z W。 xyz是三个坐标，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 b1-3 为倒格基矢（这里我们看到xyz只是代表了坐标

5、的顺序，与坐标轴无关）比如一些常用的高对称性点的C和R坐标：Point Cartesian coordinates Reciprocal coordinates(units of 2pi/a)(units of b1,b2,b3)-G( 0 0 0 )( 0 0 0 )X( 001)( 1/2 1/2 0)W( 1/201)( 1/2 3/4 1/4)K( 3/4 3/40)( 3/8 3/8 3/4)L( 1/2 1/2 1/2 )( 1/2 1/2 1/2)输入示例：Example file4Cartesian0.0 0.0 0.01.0.0 0.0 0.5 0.52.0

6、.5 0.5 0.54.一般如非必要，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 file，可以直接复制里面的数据到KPOINTS file来用，其实这也是这个输入法的主要用途，为了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)的计算，由于这类计算所需k点数极大，通过全手动尽可能的优化k点也就必需了。L.半手动/线形模式 Strings of k-points for bandstructure calculations看到啦，对于能带结构的计算，同前面的理由，需要精确的选取k点，在指定的高对称性方向上

7、生成指定数目的k点。Line2: 指定两点间生成的k点数 不同于全自动的总k点数Line2.5: L for Line-mode 表示是线形模式Line3: 输入格式标识。同前。C or RLine4-n: 每行描述一个点 格式为 x y z。每两行的点连成一线，在两点间生成指定数目的k点。每两行两行之间以空行区分（不空的话,VASP可能也认得出，没试过）比如：10 ! 10 intersections Line-moderec0 0 0 ! gamma0.50.5 0! X0.50.5 0! X0.50.75 0.25 ! Wok，那么更常用的方法是让VASP自动生成网格Line2: 0 ！

8、number of k-points = 0 -automatic generation scheme （!后面字符为注释）Line3: A for fully automatic or G for /Gamma or M for Monkhorst-Pack若都不是这些首字母，则自动切换为高级模式。A mode 全自动模式，可以看作以点为圆心以l为半径做圆，当然各晶格矢不同时，相应的圆就拉成了椭圆，来确保三个倒格矢方向上覆盖的k点数为lLine4：length (l)Useful values for the length vary between 10 (large gap insulat

9、ors) and 100 (d-metals).进一步的做法是分别指定三个倒格矢方向上的格点数N1,N2,N3。G modeLine4: N1 N2 N3Line5: s1 s2 s3 偏移原点的位矢 一般设成 0 0 0 啦。以及Monkhorst-Pack法，生成的格点不包括点，从点周围 1/2 长度处开始取点。 M modeLine4: N1 N2 N3Line5: s1 s2 s3 同上所谓的高级模式，就是用C坐标或者R坐标直接输入新的基矢如cc0.25 0 00.25 0 00 0.25 00 0.25 00 0 0.250 0 0.250.0 0.0 0.00.5 0.5 0.5分

10、别等价于gm4 4 44 4 40 0 00 0 0因为存在这种等价关系，所以一般也没有必要使用高级模式好啦，就这些。最后提醒一点，VASP的帮助文档特别提醒，对于六方晶系，不要用M来自动生成格点，而要用G。关于tetrahedra方法，帮助文档说用于全手动模式，可选。具体设定原文如下： In this case, the next line must start with T or t signaling that this connection list is supplied. On the next line after this control line onemust enter

11、the number of tetrahedra and the volume weight for a single tetrahedron (all tetrahedra must have the same volume). The volume weight is simply the ratio between the tetrahedron volume and the volume of the (total) Brillouin zone. Then a list with the (symmetry degeneration) weight and the four corn

12、er points of each tetrahedron follows (four integers which represent the indices to the points in the k-point list given above, 1 corresponds to the first entry in the list). Warning: In contrast to the weighting factors for each k-point you must provide the correct volume weight and (symmetry degen

13、eration) weight for each tetrahedron - no internal renormalization will be done by VASP!示例：Example file4Cartesian0.0 0.0 0.01.0.0 0.0 0.5 0.5 0.54.Tetrahedra1 0.1833333333333336 1 2 3 4具体请参见帮助文档 8.4 节初学VASP(五) 赝势选择POTCAR 赝势文件可以理解为分子力学模拟中的力场文件 但包括的信息更多VASP4.6 将各元素优化的INCAR里的参数也包括在这里了

14、，作为支持PREC的缺省选择通常各元素的POTCAR已经包括在软件包里了我们只需要按照POSCAR里的顺序，将各元素的POTCAR按顺序连接起来就可以了如以下命令：cat file1 file2 file3 POTCAR软件包自带的绝大多数赝势是超软赝势（US-PP）了，但不少元素有两个版本，如何选取呢？一个简单的办法是看后缀标准的没有后缀 _h 硬一点 _s 软一点_pv,_sv,_d 就是说semi-core的p,s或者d也当做价态处理了如果是数字的话，表示的可能是不同的半径截距也可以参考各版本同目录下的V_RHFIN file ，PSCTR file 这两个文件告知该版本的赝势是如何生成

15、的。比如：V_RHFIN fileSc: 6p d2 s18 21. .002000 44.95590 125. .25E-05 .300 200FCA 12.00000.7 1.0 0 -320.8847 2.0000-34.4217 2.00002.01.01.5-28.2366 6.0000-3.7944 2.00003.01.01.5-2.2591 6.00003.02.02.5-.1113 2.0000-.2699 1.00004.03.02.5-.1000 .0000第一行是注释行 给出基本的信息第二行是最重要的控制行821.

16、00 2000 44.95590 125.25E-05 .300 200 F CA 12.00000JZXION N AMHDELRVR PHI NC1 | CH QCOR|GREENJ - 轨道数 Z - 原子序数 XION - 离子化程度 一般设为 0 N - 格点数 AM - 原子质量 H - 决定格点间距 DELRVR - 自洽收敛标准PHI - 线性拟合参数 NC1 - 最大自洽循环次数 GREEN - 是否存在初始的势 CH - 交换相关能(XC)类型Slater-XCHL Hedin Lundquist (1971)CA Ceperly and Alder parameteriz

17、ed by J.Perdew and ZungerWI Wigner interpolationPB Perdew -BeckePW Perdew -Wang 86LM Langreth-Mehl-Hu91 Perdew -Wang 91QCOR - 非价键电子数（core electrons）第三行开始是每个轨道的具体参数，依次为n l j(=l1/2) 原子轨道能 占有率PSCTR file of LDA/H1.25TITEL = US HLULTRA =Tuse ultrasoft PP ?RWIGS=0.57 nn distance ! Wigner-Seitz radiusRCLOC

18、=.65NE =100LCOR=.TRUE.QCUT=-1RMAX= 3.0 ! core radius for proj-operDescriptionlETYP RCUTTYPRCUT(cutoff radius)00150.80231.2500.5150.80231.251-0.2150.80231.25最重要的地方上面已经用颜色标出来啦：）说明一下，TYP是指赝势的类型,RCUT是半径截距，TYP可取的值如下：正则1 BHS2 TM3 VAN6 XNC7 RRKJ wave function possibly with node15 RRKJ wave function strictl

19、y no node非正则 +8最后一个问题是LDA or GGA。貌似没有定论目前。这个最好是两个一起做做看啦。或者看文献别人验证过哪个数据好。其实据说目前最好的是PAW(P.E.Blochl,Phys.Rev.B 50,17953(1994).,Phys.Rev.B 59, 1758(1999).)，PP已经落伍了，不过好像我们用的VASP不带这个，就不展开讨论了。初学VASP(六) 最重要的INCAR参数INCAR是决定how to do 的文件限于能力，只对部分最基本的一些参数(,没有这个标志的参数都是可以不出现的)详细说明，在这里只是简单介绍这些参数的设置，详细的问题在后文具体示例中展

20、开。部分可能会干扰VASP运行的参数在这里被刻意隐去了，需要的同学还是请查看VASP自带的帮助文档原文。参数列表如下：SYSTEM name of System任务的名字 *NWRITE verbosity write-flag (how much is written)输出内容详细程度 0-3 缺省 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)据说也可以结合shell的tail或grep命令手动输出ISTART startjob:restart选项 0-3 缺省 0/1 for 无/有 前次计算的WAVECAR(波函数)1 restart with const

21、ant energy cut-off2 restart with constant basis set3 full restart including wave function and charge predictionICHARG charge: 1-file 2-atom 10-const Default:if ISTART=0 2 else 0ISPIN spin polarized calculation (2-yes 1-no) default 2MAGMOM initial mag moment / atom Default NIONS*1INIWAV initial elect

22、r wf. : 0-lowe 1-randDefault 1 only used for start jobs (ISTART=0)IDIPOL calculate monopole/dipole and quadrupole corrections 1-3 只计算第一/二/三晶矢方向 适于slab的计算4 全部计算 尤其适于就算孤立分子PREC precession: medium, high or low(VASP.4.5+ also: normal, accurate)Default: Medium VASP4.5+采用了优化的accurate来替代high,所以一般不推荐使用high。

23、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，作为日常计算选项，可惜的是说明文档提供的信息不足。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是同样效果的，这里不展开了，随后详释ENCUT energy cutoff in eV : default taken from POTCAR-file important! 重要到几乎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

24、妨先设个较小的值附加说明：当且仅当POTCAR里头没有设置ENCUT时(其实貌似没有才是常态)，才受PREC设置影响从POTCAR里找出相应的ENMAX/ENMIN值来设置。PREC=LowMedium Accurate HighENCUT= ENMINENMAXENMAX130%ENMAX对于多个元素的POTCAR不同的ENMAX/ENMIN，都取最大值NGX,NGY,NGZ: FFT mesh for wavefunctionsNGFX, NGFY, NGFZ: FFT mesh for charges也是两类重要的最好不要去动的参数，PREC设置将从POTCAR中自动读取。 PREC=H

25、igh,Accurate 2 倍值，用来避免wrap around errors得到精确解 PREC=Low,Medium,Normal 3/4 也已经足够精确到 1 meV/atomLREAL: Default= .FALSE.赝势的非局域部分用到的一个积分在倒格空间或者实空间都可以求值。这个选项就是决定是在哪个空间里求。在倒格空间里，采用平面波基组求解，在实空间里，采用积分球求解。缺省是.FALSE，即不在实空间求。但效率会低一些。其他选项是 O or On,A or Auto 和.True.。On和.TRUE.的差别在于是否使用King-Smith算法优化，Auto则自动选择，推荐。RO

26、PT: 优化控制每个核周围的积分球内的格点数，LREAL=Auto or On For LREAL=OnPREC= 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=AutoPREC= Low accuracy 1e-2 ( ROPT=0.01)PREC= Med accuracy 2e-3

27、 ( ROPT=0.002)PREC= High accuracy 2e-4 ( ROPT=2E-4)NELM, NELMIN and NELMDL nr. of electronic steps Default最大电子自洽循环次数 NELM = 60最小次数弛豫次数NELMIN = 2NELMDL = -5 if ISTART=0, INIWAV=1, and IALGO=8-12 if ISTART=0, INIWAV=1, and IALGO=480else如果初始的波函数采取随机赋值，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NE

28、LMDL(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。如果NELMDL取正值，将在每次核运动之后附加指定次数的弛豫步，目前不知道可以干嘛EDIFF 电子SC循环的收敛精度 缺省：1e-4注意，即使EDIFF=0，NELM步也会执行EDIFFG 核运动的收敛精度 缺省：EDIFF*10 (总能量) EDIFFGNSW 指定核运动步数 缺省: 0NBLOCK and KBLOCK inner block; outer blockDefault NBLOCK = 1 KBLOCK = NSWIBRION ionic relaxation: -1-Fixed 0-MD 1-quasi-

29、New 2-CG 3-Damp 5-freq Default if NSW=0 or 1 IBRION=-1 else IBRION=0这个参数是和ISIF;IALGO/ALGO一起决定怎么算的最重要的参数 1-3 是三种Relax的方法，受ISIF决定是否固定核位置、晶胞大小和形状0 是标准的ab-initio MD，不受ISIF影响，即不改变晶胞大小和形状5 大概是和 0 差不多吧？支持Hessian和Freq(仅点)的计算以及部分固定的MD详细的要在示例中具体情况具体分析了。ISIF calculate stress and what to relaxDefault if IBRION=

30、0 (MD) 0 else 2ISIFcalculate calculaterelax change change force stress tensor ions cell shape cell volume0 yes noyes nono1 yes trace onlyyes nono2 yes yesyes nono3 yes yesyes yesyes4 yes yesyes yesno5 yes yesno yesno6 yes yesno yesyes7 yes yesno noyesTrace only means that only the total pressureIWAV

31、PR prediction of wf.: 0-non 1-charg 2-wave 3-combDefault if IBRION=0 (MD) 2if IBRION=1,2 (relaxation) 1else (static calculation) 0以上选项保存TMPCAR +10则全部使用内存，不保存此文件IWAVPR determines how wave functions and/or charge density are extrapolated from one ionic configuration to the next configuration.ISYM symm

32、etry: 0-nonsym 1-usesym 是否使用对称性 Default 1SYMPREC determines precision of the positions in POSCAR file. Default 1e-5LCORR Harris-correction to forces. Default .TRUE.POTIM time-step for ion-motion (fs)DefaultIBRION=0 (MD) no default,必须指定，MD每步步长IBRION=1,2,3 (relaxation) 0.5 最小化的scaling constant,尤其是IBRI

33、ON=1TEBEG, TEEND temperature during run (MD有效)Default: TEBEG = 0 TEEND = TEBEG注意VASP的温度定义与实际温度有细微的差别，所以 TEBEG=T(N-1)/N T为实际温度，N为原子数SMASS 控制MD中的速度模拟方法default -3 微正则系综(总自由能不变)-2 保持初速度不变-1 每NBLOCK步调整速度，来保证动能连续=0 Nos算法模拟正则系综，(不懂-,-)NPACO and APACONPACO : number of slots for pair correlation (PC) functio

34、n. Default 256APACO : maximum distance for the evaluation of PC function in A. Default 16 简单说就是在不超过APACO的NPACO个距离上求成对相关函PCFRWIGS Wigner-Seitz半径 DOS计算用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NUPDOWN default不考虑电子自旋态改变的可能EMIN, EMAX energy-range for DOSCAR fileISMEAR part. occupancies: -5 tet with Bl

35、ochl -4-tet -1-fermi 0-gaus 0 MP采用所谓部分占有波函数，用一个函数来平滑积分，尤其是对于金属体系可减少k点 Default ISMEAR = 1 如果在KPOINTS里使用了tetrahedra方法 推荐ISMEAR=5SIGMA determines the width of the smearing in eV Default SIGMA = 0.2ALGO algorithm: Normal (Davidson) | Fast (mixed)| Very_Fast (RMM-DIIS)IALGO algorithm: use only 48 (RMM-DI

36、IS) or 38(Davidson) or 8(CG)Default IALGO = 38 for VASP4.5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 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在OUTPUT里。VOSKOWN use VWN interpolation

37、 算法，default 0 不用，如果使用了PW91 或者需要计算磁性质，不妨设为 1 用mixing tag & MAXMIXIMIX = type of mixingAMIX = linear mixing parameterAMIN = minimal mixing parameterBMIX = cutoff wave vector for Kerker mixing schemeAMIX_MAG = linear mixing parameter for magnetizationBMIX_MAG = cutoff wave vector for Kerker mixing sche

38、me for mag.WC = weight factor for each step in Broyden mixing schemeINIMIX = type of initial mixing in Broyden mixing schemeMIXPRE = type of preconditioning in Broyden mixing schemeMAXMIX = maximum number steps stored in Broyden mixerDefaultfor US-PP non-magneticIMIX=4AMIX=0.8BMIX=1.0WC=1000.INIMIX

39、=1MIXPRE =1MAXMIX =-45值得注意的是，在MD或者Relax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。 但是同时会增加对内存的要求。LWAVE,LCHARG and LVTOT create WAVECAR/CHGCAR/LOCPOTLELF create ELFCARLORBIT create PROOUT输出文件的选项NPAR 并行计算band的节点数，每一个节点计算一个band当然可以提高并行效率，减少通讯量，不过貌似现在硬件的主要限制还是内存，而这个选项的使用可能会大幅增加内存的需求NBANDS 总能带数。之所以把它放在最

40、后，是因为它对于解决内存需求的重要性。计算需要大量的能带(空带)，至少要 1 个空带(否则VASP会给出警告)。一般NBANDS=NELECT/2+NIONS/2以上可得到较精确的结果，如果内存不够就只好减少NBANDS，在牺牲精度和体系大小之间平衡了。最后提示一下大多数参数的首字母代表了参数的性质 I 初始化 L 逻辑开关 E 能量 N 数目 T 温度便于记忆 初学VASP(七) VASP程序的编译下面以编译VASP4.4.5 版本为例，编译更新的版本VASP4.5.5、VASP4.6 和VASP5.0（即将发布）的步骤与此相同。1、 所需文件和程序VASP源代码：vasp.4.4.5.ta

41、r.gz和vasp.4.lib.tar.gz数学库：LAPACK和BLAS (/ ，或mkl（配合intel的fotran编译器用），或ATLAS (/或Lib GOTO (/users/flame/goto/Fortran编译器：PGI fortran 至少 4.0 以上版本(/ ，或Intel的 ifc (8.0 以上版本是ifort,/software/produ

42、cts/compilers/flin/ ，前者可以从网站上下载到 15 天的试用版本，后者可以从网站下载到免费的版本。2、下面采用PGI fortan编译器pgf90、ATLAS数学库对VASP4.4.5 进行编译这里假定已经安装好了fortran编译器，所有文件都放在/home/xxxx/VASP_SRC目录下，机器的操作系统是Linux: Redhat9.0。a) 从/下载atlas3.6.0_Linux_P4SSE2.tar.gz，并用如下命令解压：tar xzvf atlas3.6.0_Linux_P4SSE2.tar.gz解压后得到一个目录Linux_P4SSE2，在此目录下有个lib子目录，该lib子目录中的文件为libatlas.a, libcblas.a, libf77blas.a, liblapack.a, 这些就是编译vasp时所需要的数学库文件之一。b) 用如下命令解压vasp.4.4.5.tar.gz和vasp.4.lib.tar.gz：tar xzvf vasp.4.4.5.tar.gztar xzvf