ex12o2單點計算和優(yōu)化結果分析

1、Ex12 O2 單點計算和優(yōu)化結果分析前面幾節(jié)，我們講解了 O2 單點計算的輸入文件的一些細節(jié)部分。這一節(jié)我們主要講解一下O2 的分子結構分析以及如何初步進行構型優(yōu)化計算。首先提交 O2 靜態(tài)計算任務，運行， 等待結束。如果你的任務出錯，請跟大師兄的輸入文件進行對比、改正，直至計算正常結束。如下圖：任務結束后查看 OSZICAR從 OSZICAR 最后，得到體系的磁矩為 2B，你應該知道這個磁矩是怎么回事，由哪兩個電子貢獻。如果不知道，看下圖：O2 的分子結構：看完該圖，相比大家心里對于 O2 的成鍵方式有了一個更加深刻的印象。我們對比下 VASP的輸出結果。首先：分析 的排布情況：在這里，你

2、會發(fā)現(xiàn)能帶 3 和 4 是簡并的，應該是 （p2x）和 (p2y） 軌道中的 。能帶 5 對應的應該是 (2pz) 的。在 O2 分子的構型中，兩個 O 原子的 2pz 軌道以頭碰頭的方式形成一個鍵，其能量要比 2px（2py）以肩并肩方式形成的鍵能量要低。但是，能帶 5 的能量（-13.3126）比 3 和4 的（-13.3870）要高些，這與 O2 的構型不一致，表明 VASP 的單點計算結果是不可靠的。再看一下 的排布情況：能帶 4 和 5 對應的是應該是 （2px） 和 （2py） 軌道中的。且總的軌道能量與前面圖中一致，這說明 VASP 對的描述是合理的。為什么出現(xiàn)這樣的情況呢？難道

3、跟前面 O 原子的計算一樣，VASP 又算啦？不是的，VASP 怎么著也是個老牌的，響當當?shù)挠嬎愠绦颍偛荒茏屓嗣刻熘钢亲恿R算不準！這里的主要是：來自于實驗的鍵長值未必就是計算程序所認可的。也就是說，實驗值和理論值之間偏差，實驗的結構不能直接用來計算其性質，只可以作為一個理想的初始值。所以，O2 的分子結構需要優(yōu)化一下。VASP 優(yōu)化的時候，需要用到一個參數(shù)：IBRION官網(wǎng)的話：IBRION determines how the ions are updated and moved. 也就是說 IBRION這個參數(shù)決定了結構的優(yōu)化過程。當你去官網(wǎng)查看的時候（google 搜索 VASP I

4、BRION 這兩個很多值。），會發(fā)現(xiàn) IBRION 有想要正確進行計算，你就需要去硬著頭皮去了解各個值的含義了，這個過程必須去做，只聽別人的建議去設置參數(shù)，而不去主動學習的，你的能力永遠得到提升！來說，優(yōu)化結構的時候有 3 個選擇：IBRION=3：你的初始結構很差的時候； IBRION=2：共軛梯度算法，很可靠的一個選擇，來說都用它。IBRION=1：用于小范圍內結構的搜索。如果你的體系遇到結構不收斂的時候，可以嘗試下?lián)Q下 IBRION 的參數(shù)。下面，我們在 INCAR 中加上 IBRION 參數(shù)（IBRION=2），其他輸入文件保持不變，重新進行計算：你會發(fā)現(xiàn)任務很快就算完了。而且只有一步

5、，難道輸入的結構就是 VASP 計算出來的的穩(wěn)定結構嗎？有這種可能，但幾率極低。在這個例子里，如果你看下OUTCAR 中的構型，發(fā)現(xiàn)它的和前面的單點計算一樣。這說明，vasp 并沒有優(yōu)化，而是又運行了一次單點計算。為什么呢？ 這是因為另一個參數(shù)：NSW。NSW幾何結構優(yōu)化的步數(shù)。也就是 VASP 進行多少離子步。官網(wǎng)查看下 NSW 選項，發(fā)現(xiàn)默認值是 0，也就是沒有進行優(yōu)化。（默認值，也叫缺省值，英文里面是Default。意思是，如果你不輸入這個參數(shù)，程序將默認使用的數(shù)值）現(xiàn)在找到了，繼續(xù)優(yōu)化吧：那么 NSW 怎么設置呢？首先，它必須是大于等于 0 的整數(shù)。其次，來說，簡單的體系 200就可以

6、正常結束。不知道什么時候收斂，初始結構很差，或者設置了很嚴格的收斂標準，那么你就要增大一下 NSW 了，比如 NSW=500 或者更大。因為我們的這個例子很簡單，設置了 NSW=10（你也可以設置為 100,200 或者 500，響計算結果的。）影計算完成后，打開 OSZICAR：可以看到，結構優(yōu)化進行了 3停止了（如果你設置了 NSW=1000，那么也是 3 步結束）。其中，每一又包含了若干步。此時的你應該知道是什么參數(shù)優(yōu)化的結束，如果不知道請查看前面關于收斂的文章（Ex9）。思考一下：同樣優(yōu)化 200 步，設置 EDIFF=1E-7 和 EDIFF=1E-4 會有什么區(qū)別呢？查看下 OUT

7、CAR你會發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化過后，OUTCAR 中的占據(jù)狀態(tài)調整過來了，的保持不變。這說明計算了，優(yōu)化起作用了。那么優(yōu)化過后的結構怎么查看呢？鍵長又是多少呢？下面我們又要開始掌握另一個 VASP的輸出文件了：CONTCARCONTCAR 是 VASP 的一個輸出文件，它包含了 VASP 計算中最后一步幾何優(yōu)化的結構信息，也就是優(yōu)化完的結果。它也是文本格式，可以直接打開查看，如圖：怎么才能知道優(yōu)化完的 O-O 鍵長是多少呢？1 通過坐標直接算：此時，要注意 CONTCAR 輸出的是 Direct 坐標，也就是分數(shù)坐標，需要轉換成笛卡爾坐標。xy 兩個方向不用考慮，y 方向的坐標相減即可:(0.13727

8、26038964550-(-0.0016546263683629)*8.9 = 1.2364523493568791 （Å）保留 3 位后，為 1.236 Å。2 使用可視化：常用的有 p4vasp，VESTA，VMD，MS，ASE-gui 等，這里簡單講解一下 p4vasp 的用法。打開 VASP 后的界面如下： 注意圖中的三個問號部分，后面會進行對比：點擊 左側欄中的 Open 選項：下圖中，左側點擊進入 CONTCAR 所在的目錄，進入后，在右側會顯示 CONTCAR雙擊右側的 CONTCAR, 你會發(fā)現(xiàn)之前的三個問號？部分發(fā)生了變化：顯示的 O 表明 VASPCON

9、TCAR。點擊左側的 Show 按鈕，查看結構：可視化界面的基本操作：鼠標左鍵按住不放，可以 3旋轉結構；鼠標中間摁住不放，可以上下，左右移動結構： 鼠標右鍵摁住不敢，動動鼠標可以縮放結構；選擇合適的觀察位置：123把鼠標移動到你要選中的原子上，通過空格（鍵盤上最長的鍵）用來選擇或者取消選擇原子： 選中兩個氧原子后，如下圖：選中之后，點 Structure >Measure:顯示鍵長為 1.236452 Å，和我們手動計算的結果一樣。1.236452.（Å）小結一下：實驗值為 1.2075 Å，VASP 計算結果為 1.2364 Å。兩者之間的差值

10、為： 0.0289 Å，偏差為：(1.2364-1.2075)/1.2075 = 2.4%。對于理論和實驗之間的偏差，如果小于 5%，我們可以認為吻合的很好。有時候很多同學揪著 VASP 的計算結果與實驗值的偏差不放，誤差已經(jīng)千分之幾了，感覺心里還是不放心，有著一種全匹配不罷休的沖動。這大可不必放在心上，如果你的結果偏離實驗值千分之幾，直接用就可以了。"To err is human; to describe the errorproperly is sublime."- Cliff Swartz, Physics Today 37 (1999),388.對于其他

11、的程序，大家安裝后里面搜一搜，基本操作應該很快就能掌握。擴展練習：1 IBRION：2 NSW：3 CONTCAR：4 從頭開始重現(xiàn)本節(jié)的所有操作；5 嘗試不同的初始鍵長，運行 vasp，查看輸出結果。 tag N tag.html總結：1）學會結合所學的化學知識，分析雙原子的構型；2） 知道 IBRION + NSW 進行結構優(yōu)化；3） 知道什么參數(shù)結構優(yōu)化的停止，以及單個離子步數(shù)；4）學會使用可視化查看輸出的幾何結構；5）知道理論結果和實驗值之間沒有 100%吻合。-如果喜歡大師兄的文章，歡迎關注我們，轉發(fā)。錯誤，直接公眾號留言指正或（遇見大師兄 217821116）討論。者如果你有的科研

12、經(jīng)驗和心得，也歡迎給大家！此外，專注于科研思維的碰撞與科研生活的，本書中已經(jīng)詳細解釋或者指明的易出錯部分，不建議在群中繼續(xù)咨詢，請大家認真學習并主動積極地去思考和練習。歷史練習Learn VASP The Hard Way （Ex11） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex10） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex9） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex8） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex7） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex6） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex5） Learn-VASP-The-Hard-Way（ex4） Learn-