VASP程序使用

1、VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)程序使用章永凡章永凡(福州大學(xué)化學(xué)系，福州大學(xué)化學(xué)系，2009年年5月月)VASP基本原理簡介基本原理簡介基本知識基本知識常用關(guān)鍵詞使用說明常用關(guān)鍵詞使用說明計算結(jié)果處理計算結(jié)果處理VASP程序基本原理程序基本原理 VASP是是基于基于贗勢平面波基組贗勢平面波基組的的密度泛函密度泛函程序程序，其前身，其前身是是CASTEP 1989版本，其基本原理如下：版本，其基本原理如下： 根據(jù)根據(jù)Bloch定理定理，對于周期體系，其，對于周期體系，其電子波函數(shù)電子波函數(shù)可以寫可以寫為為單胞單胞部分和部分和類波類波部分的乘積：

2、部分的乘積： )()(rferirk ii 其中，單胞部分的波函數(shù)可以用一組在其中，單胞部分的波函數(shù)可以用一組在倒易空間倒易空間的平面的平面波來表示：波來表示： GrGiGiiecrf,)(這樣，電子波函數(shù)可以寫為平面波的加和：這樣，電子波函數(shù)可以寫為平面波的加和： GrGkiGkiiecr)(,)(根據(jù)密度泛函理論，波函數(shù)通過求解根據(jù)密度泛函理論，波函數(shù)通過求解KohnSham方程方程來確定：來確定： )()()()()(222rrrVrVrVmiiiXCHion i：KohnSham本征值本征值Vion：電子與核之間的作用勢電子與核之間的作用勢VH和和VXC：電子的電子的Hartree勢和

3、交換勢和交換相關(guān)勢相關(guān)勢 | |) ()(32rdrrrnerVH)()()(rnrnErVXCXC基于平面波表示的基于平面波表示的KohnSham方程：方程： ,22) () () (|2GGkiiGkiXCHionGGccGGVGGVGGVGkm上式中動能項是上式中動能項是對角化對角化的，通過求解上式方括號中的的，通過求解上式方括號中的哈密頓矩哈密頓矩陣陣來求解來求解KS方程，該矩陣的大小由方程，該矩陣的大小由截至能截至能( (cutoff energy) )來決定。來決定。嘗試電子密度和嘗試波函數(shù)嘗試電子密度和嘗試波函數(shù)寫出交換相關(guān)勢表達(dá)式寫出交換相關(guān)勢表達(dá)式構(gòu)造哈密頓量構(gòu)造哈密頓量子空

4、間對角化，優(yōu)化迭代子空間對角化，優(yōu)化迭代自由能的表達(dá)式自由能的表達(dá)式E新電子密度，與嘗試電子密度比較新電子密度，與嘗試電子密度比較輸出結(jié)果，寫波函數(shù)輸出結(jié)果，寫波函數(shù)是否 與與原子軌道基組原子軌道基組相比，相比，平面波平面波基組基組有如下優(yōu)點：有如下優(yōu)點：1) 無需考慮無需考慮BSSE校正校正；2)2) 平面波基函數(shù)的具體形式不依賴于核的坐標(biāo)，這樣，一平面波基函數(shù)的具體形式不依賴于核的坐標(biāo)，這樣，一方面，價電子對離子的作用力可以直接用方面，價電子對離子的作用力可以直接用Hellman-Feymann定理定理得到解析的表達(dá)式，計算顯得非常方便，得到解析的表達(dá)式，計算顯得非常方便，另一方面也使能量

5、的計算在不同的原子構(gòu)象下具有基本另一方面也使能量的計算在不同的原子構(gòu)象下具有基本相同的精度；相同的精度；3)3) 很方便地采用快速很方便地采用快速傅立葉變換傅立葉變換( (FFT)FFT)技術(shù)技術(shù)，使能量、力等，使能量、力等的計算在的計算在實空間實空間和和倒易空間倒易空間快速轉(zhuǎn)換，這樣計算盡可能快速轉(zhuǎn)換，這樣計算盡可能在方便的空間中進(jìn)行；在方便的空間中進(jìn)行；4)4) 計算的計算的收斂性收斂性和精確性比較容易控制，因為通過截斷能和精確性比較容易控制，因為通過截斷能的選擇可以方便控制平面波基組的大小。的選擇可以方便控制平面波基組的大小。 平面波基組方法的不足之處：平面波基組方法的不足之處：1) 所

6、求得的所求得的波函數(shù)很難尋找出一個直觀的物理或化學(xué)圖象與波函數(shù)很難尋找出一個直觀的物理或化學(xué)圖象與化學(xué)家習(xí)慣的原子軌道的概念相聯(lián)系，即其結(jié)果與化學(xué)家化學(xué)家習(xí)慣的原子軌道的概念相聯(lián)系，即其結(jié)果與化學(xué)家所感興趣的成鍵和軌道作用圖象很難聯(lián)系出來，這就為我所感興趣的成鍵和軌道作用圖象很難聯(lián)系出來，這就為我們計算結(jié)果的分析帶來了困難們計算結(jié)果的分析帶來了困難；2) 考察某些物理量時，例如原子電荷，涉及到積分范圍的選考察某些物理量時，例如原子電荷，涉及到積分范圍的選取，這造成所得物理量的絕對值意義不大；取，這造成所得物理量的絕對值意義不大；3) 有些方法，例如雜化密度泛函方法不易于采用平面波基組有些方法，

7、例如雜化密度泛函方法不易于采用平面波基組方法實現(xiàn)。方法實現(xiàn)。VASP程序基本知識程序基本知識1. VASP程序主要功能：1) 能量計算能量計算J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 191能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)DOS2) 電子結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)(能帶結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、DOS、電荷密度分布電荷密度分布)電荷密度分布電荷密度分布J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 192703) 構(gòu)型優(yōu)化構(gòu)型優(yōu)化(含過渡態(tài)含過渡態(tài))和反應(yīng)途徑和反應(yīng)途徑J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 154544) 頻率計算和頻率計算和HREELS能譜模擬能譜模擬J. Phys.

8、Chem. C, 2007, 111, 74375) STM圖像模擬圖像模擬Surf. Sci., 2007, 601, 34886) UPS能譜圖像模擬能譜圖像模擬Surf. Sci., 2007, 601, 34887) 材料光學(xué)性質(zhì)計算材料光學(xué)性質(zhì)計算8) 其它性質(zhì)計算，包括功函、力學(xué)性質(zhì)等其它性質(zhì)計算，包括功函、力學(xué)性質(zhì)等2 2. 重復(fù)平板模型(或?qū)泳Ｐ?： VASP程序采用重復(fù)平板模型來模擬零維至三維體系程序采用重復(fù)平板模型來模擬零維至三維體系零維分子體系零維分子體系Dv: Vacuum thickness (10 A)二維固體表面二維固體表面說明：說明： 重復(fù)平板模型中的平移矢量

9、長度必須合理選擇，以保證：重復(fù)平板模型中的平移矢量長度必須合理選擇，以保證：1) 對于分子體系，必須保證相鄰重復(fù)單元中最近鄰原子之間的對于分子體系，必須保證相鄰重復(fù)單元中最近鄰原子之間的 距離必須至少距離必須至少710埃以上；埃以上；2) 對于一維體系，相鄰兩條鏈最近鄰原子之間的距離必須至少對于一維體系，相鄰兩條鏈最近鄰原子之間的距離必須至少 710埃以上；埃以上；3) 對二維體系，上下兩個平板最近鄰原子之間的距離必須至少對二維體系，上下兩個平板最近鄰原子之間的距離必須至少 710埃以上；埃以上；4) 嚴(yán)格意義上，通過考察體系總能量嚴(yán)格意義上，通過考察體系總能量/能量差值對真空區(qū)大小的能量差值

10、對真空區(qū)大小的 收斂情況來確定合理的平移矢量長度。收斂情況來確定合理的平移矢量長度。Total energyLength of vector3. K網(wǎng)格大小的選擇：網(wǎng)格大小的選擇： 對于一維至三維體系的計算，需涉及對于一維至三維體系的計算，需涉及k點數(shù)目的選擇，對點數(shù)目的選擇，對于于K點的確定，它與布里淵區(qū)的形狀以及對稱性有關(guān)。點的確定，它與布里淵區(qū)的形狀以及對稱性有關(guān)。VASP的的K點輸入方法有多種，其中最常用的是直接給定點輸入方法有多種，其中最常用的是直接給定K-mesh的大小，的大小，然后程序根據(jù)布里淵區(qū)的形狀以及對稱性自動生成各然后程序根據(jù)布里淵區(qū)的形狀以及對稱性自動生成各K點的坐點的

11、坐標(biāo)和權(quán)重。標(biāo)和權(quán)重。 對于對于K-mesh的確定方法，通常通過考察總能量的確定方法，通常通過考察總能量/能量差的能量差的收斂收斂程度來確定，能量的程度來確定，能量的收斂收斂標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)是1meV/atom。 多數(shù)情況下，對半導(dǎo)體或絕緣體較小的多數(shù)情況下，對半導(dǎo)體或絕緣體較小的K-mesh能量就可以能量就可以收斂，對于導(dǎo)體，一般需要較大的收斂，對于導(dǎo)體，一般需要較大的K-mesh。24681012-10.9-10.8-10.7-10.6-10.5-10.4-10.3-10.2Total energy(eV)Size of k-mesh硅體相總能量隨K-mesh大小的變化情況4. Cutoff e

12、nergy大小的選擇：大小的選擇： 截至能截至能的大小直接影響到計算結(jié)果的精度和計算速度，的大小直接影響到計算結(jié)果的精度和計算速度，因此，它是平面波計算方法的一個重要參數(shù)。因此，它是平面波計算方法的一個重要參數(shù)。 理論上截至能越大計算結(jié)果也可靠，但截至能大小決定理論上截至能越大計算結(jié)果也可靠，但截至能大小決定了計算中了計算中平面波平面波的數(shù)目，平面波數(shù)目越多計算時間約長、內(nèi)的數(shù)目，平面波數(shù)目越多計算時間約長、內(nèi)存開銷越大。存開銷越大。 一般根據(jù)所求物理量來確定截至能，例如計算體模量以一般根據(jù)所求物理量來確定截至能，例如計算體模量以及彈性系數(shù)時，需要較高的截至能，而通常的構(gòu)型優(yōu)化只要及彈性系數(shù)時

13、，需要較高的截至能，而通常的構(gòu)型優(yōu)化只要中等大小的截至能即可，另外動力學(xué)模擬時，可選取低的截中等大小的截至能即可，另外動力學(xué)模擬時，可選取低的截至能。至能。 不同元素在構(gòu)造其贗勢時，有各自的截至能，對于不同元素在構(gòu)造其贗勢時，有各自的截至能，對于VASP，在缺省情況下，選取的是中等大小的截至能，這對于求解多在缺省情況下，選取的是中等大小的截至能，這對于求解多數(shù)物理量是足夠的。嚴(yán)格意義上，截至能的確定與數(shù)物理量是足夠的。嚴(yán)格意義上，截至能的確定與K-mesh大大小的確定類似，也是通過考察在總能量的收斂情況來確定小的確定類似，也是通過考察在總能量的收斂情況來確定(即即保證總能量收斂至保證總能量收斂

14、至1meV/atom)。硅體相總能量隨硅體相總能量隨cutoff energy大小的變化情況大小的變化情況100150200250300-10.80-10.75-10.70-10.65-10.60-10.55Total energy (eV)Cutoff energy (eV)5. VASP輸入和輸出文件：輸入和輸出文件：輸入文件輸入文件(文件名必需大寫文件名必需大寫) INCAR : 其內(nèi)容為關(guān)鍵詞，確定了計算參數(shù)以及目的；其內(nèi)容為關(guān)鍵詞，確定了計算參數(shù)以及目的；POSCAR : 構(gòu)型描述文件，主要包括平移矢量、原子類構(gòu)型描述文件，主要包括平移矢量、原子類 型和數(shù)目、以及各原子坐標(biāo)；型和數(shù)目

15、、以及各原子坐標(biāo)；KPOINTS : K點定義文件，可手動定義和自動產(chǎn)生；點定義文件，可手動定義和自動產(chǎn)生；POTCAR : 各原子的贗勢定義文件。各原子的贗勢定義文件。主要輸出文件主要輸出文件 OUTCAR : 最主要的輸出文件，包含了所有重要信息；最主要的輸出文件，包含了所有重要信息； OSZICAR : 輸出計算過程的輸出計算過程的能量迭代信息能量迭代信息；CONTCAR: 內(nèi)容為內(nèi)容為最新一輪的構(gòu)型最新一輪的構(gòu)型(分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，可用于續(xù)算可用于續(xù)算)；CHGCAR和和CHG : 電荷密度；電荷密度；WAVECAR : 波函數(shù)文件；波函數(shù)文件；EIGENVAL: 記錄各記錄各K點的

16、點的能量本征值能量本征值，用于繪制能帶圖；，用于繪制能帶圖；XDATCAR: 構(gòu)型迭代過程中各輪的構(gòu)型信息構(gòu)型迭代過程中各輪的構(gòu)型信息(分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，用于分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，用于 動力學(xué)模擬動力學(xué)模擬)；DOSCAR : 態(tài)密度信息。態(tài)密度信息。POSCAR文件內(nèi)容說明：文件內(nèi)容說明：Silicon bulk (Title) 2.9 (Scaling factor or lattice constant) 0.0 1.0 1.0 (第一個平移矢量的方向第一個平移矢量的方向) 1.0 0.0 1.0 (第二個平移矢量的方向第二個平移矢量的方向) 1.0 1.0 0.0 (第三個平移矢量的方向第三個平移矢量的方

17、向) 2(單胞內(nèi)原子數(shù)目以及原子種類單胞內(nèi)原子數(shù)目以及原子種類)Selective dynamics(表示對構(gòu)型進(jìn)行部分優(yōu)化，如果沒這行，則表示全優(yōu)化表示對構(gòu)型進(jìn)行部分優(yōu)化，如果沒這行，則表示全優(yōu)化)Direct (表示所采用的為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如果內(nèi)容為表示所采用的為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如果內(nèi)容為Car，則坐標(biāo)單位為埃則坐標(biāo)單位為埃) 0.125 0.125 0.125 T T T (各原子坐標(biāo)以及哪個方向坐標(biāo)放開優(yōu)化各原子坐標(biāo)以及哪個方向坐標(biāo)放開優(yōu)化) -0.125 -0.125 -0.125 T T Tsurface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459

18、999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20 (體系中有體系中有2種元素，各自的原子數(shù)目分別為種元素，各自的原子數(shù)目分別為20，20)Selective dynamicsDirect 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 F

19、F F 0.5000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.5000000000000000 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 0.0000

20、000000000000 F F F 0.2500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.7500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000000 F F F POTCAR文件內(nèi)容說明：文件內(nèi)容說明： VASP程序本身有提供了贗勢庫，只需將體系各類原子的程序本身有提供了贗勢庫，只需將體系各類原子的贗勢合并在一起即可，但需注意到：贗勢合并在一起即可，但需注意到：1) 贗勢類型：贗勢類型：US型贗勢型贗勢LDAGGAPW91PBEPAW型贗勢型贗勢GGAPW91PBEL

21、DAUS型贗勢所需截至能型贗勢所需截至能較小，計算速度快，較小，計算速度快，PAW贗勢截至能通常贗勢截至能通常較大，而且考慮的電子較大，而且考慮的電子數(shù)多，計算慢，但精確數(shù)多，計算慢，但精確度高。度高。2) POTCAT中各原子贗勢定義的順序必需與中各原子贗勢定義的順序必需與POSCAR中相同：中相同：surface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.000000

22、0000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20Selective dynamicsDirect3) 對各原子的贗勢參數(shù)，我們最關(guān)心的是截至能以及電子數(shù)對各原子的贗勢參數(shù)，我們最關(guān)心的是截至能以及電子數(shù);4) POTCAR的泛函類型必需與的泛函類型必需與INCAR中中GGA關(guān)鍵詞定義的關(guān)鍵詞定義的 類型一致；類型一致；5) 使用使用zcat命令產(chǎn)生和合并命令產(chǎn)生和合并POTCAR文件。文件。對應(yīng)于中等大小的截至能(構(gòu)型優(yōu)化時采用)對應(yīng)于低的截至能(動力學(xué)模擬時采用)構(gòu)造該贗勢時，所采用的泛函類型

23、，這里為PW91電子數(shù)目和組態(tài)KPOINTS文件內(nèi)容說明：文件內(nèi)容說明： 一般有兩種定義一般有兩種定義K點的方法：點的方法：1) 通過定義通過定義K-mesh大小，由程序自動產(chǎn)生各大小，由程序自動產(chǎn)生各K點：點：Automatic mesh (title)0 (為為0時，表示自動產(chǎn)生時，表示自動產(chǎn)生K點點)M (表示采用表示采用Monkhorst-Pack方法生成方法生成K點坐標(biāo)點坐標(biāo))5 5 5(對應(yīng)于對應(yīng)于5x5x5網(wǎng)格網(wǎng)格)0 0 0(原點平移大小原點平移大小)2)手動定義各手動定義各K點的坐標(biāo)點的坐標(biāo)(一般僅在計算能帶結(jié)構(gòu)時使用一般僅在計算能帶結(jié)構(gòu)時使用)： k-points for

24、MgO(100) (title) 31 (K點數(shù)目點數(shù)目)Rec (字母字母R打頭表示為倒易空間坐標(biāo)，否則為實空間的坐標(biāo)打頭表示為倒易空間坐標(biāo)，否則為實空間的坐標(biāo)) 0.0 0.0 0.0 1.0 (各各K點的坐標(biāo)以及權(quán)重點的坐標(biāo)以及權(quán)重) 0.05 0.0 0.0 1.0 0.1 0.0 0.0 1.0 0.15 0.0 0.0 1.0 0.2 0.0 0.0 1.0 0.25 0.0 0.0 1.0 0.3 0.0 0.0 1.0 0.35 0.0 0.0 1.0 0.4 0.0 0.0 1.0 0.45 0.0 0.0 1.0 0.5 0.0 0.0 1.06. VASP安裝和運行：安裝

25、和運行： (1) VASP程序安裝：程序安裝： a. 設(shè)置編譯環(huán)境：安裝設(shè)置編譯環(huán)境：安裝Fortran編譯器，常用為編譯器，常用為IFC b. 對于并行版本對于并行版本vasp的編譯，還需安裝的編譯，還需安裝MPICH c. 編譯編譯vasp自帶的庫文件自帶的庫文件 d. 對對makefile進(jìn)行修改，包括進(jìn)行修改，包括BLAS和和Lapack庫文件所在庫文件所在 目錄，一般可采用目錄，一般可采用IFC所帶的數(shù)學(xué)庫所帶的數(shù)學(xué)庫 e. 運行運行make命令進(jìn)行編譯命令進(jìn)行編譯 (2) 創(chuàng)建輸入文件，包括創(chuàng)建輸入文件，包括INCAR，KPOINTS，POSCAR 和和POTCAR (3) 運行運

26、行vasp： 單機版：單機版：/bin/vasp.4.5-ifc-mk-sp vasp.out &版本號版本號編譯環(huán)境編譯環(huán)境多個多個K點點Single process并行版本：并行版本：mpirun np 4 machinefile ./hosts /bin/vasp.4.5-ifc-mk-mp & vasp.out &CPU數(shù)目數(shù)目存放要并行運算的機器名存放要并行運算的機器名(IP)常用關(guān)鍵詞使用說明常用關(guān)鍵詞使用說明( (部分參考清華大學(xué)物理系蘇長榮編寫的部分參考清華大學(xué)物理系蘇長榮編寫的VASPVASP安裝和使用說明安裝和使用說明) )(1)(2)一般單胞尺寸大時，選實空間，小單胞選取

27、倒易空間。一般單胞尺寸大時，選實空間，小單胞選取倒易空間。EDIFF=1e-4ENCUT=數(shù)值數(shù)值用戶手動定義截至能，如果沒有，則由用戶手動定義截至能，如果沒有，則由PREC選項確定。選項確定。(3)(4)(5)(6)EDIFFG=EDIFF 10當(dāng)數(shù)值為負(fù)數(shù)時，表示以力作為收斂標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)情況均采用當(dāng)數(shù)值為負(fù)數(shù)時，表示以力作為收斂標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)情況均采用力作為收斂標(biāo)準(zhǔn)。力作為收斂標(biāo)準(zhǔn)。ALGO=38|48該關(guān)鍵詞確定能量計算迭代方法該關(guān)鍵詞確定能量計算迭代方法38-采用采用Davidson優(yōu)化方法；優(yōu)化方法；(可靠，但速度慢可靠，但速度慢)48-采用采用RMM-DIIS算法；算法；(常用，速度快常

28、用，速度快)ISYM=0|1|2該關(guān)鍵詞確定能量和構(gòu)型優(yōu)化時是否使用對稱性該關(guān)鍵詞確定能量和構(gòu)型優(yōu)化時是否使用對稱性(將影響到將影響到K點數(shù)目和計算量大小點數(shù)目和計算量大小)0-不使用對稱性；不使用對稱性；1-采用對稱性；采用對稱性；2-用于用于PAW型贗勢；型贗勢；(7)(8)NELM=整數(shù)整數(shù)該關(guān)鍵詞確定能量自洽場最大迭代輪數(shù)，缺省為該關(guān)鍵詞確定能量自洽場最大迭代輪數(shù)，缺省為60輪；輪；NELMIN=整數(shù)整數(shù)在構(gòu)型優(yōu)化中，計算每個構(gòu)象能量時最少在構(gòu)型優(yōu)化中，計算每個構(gòu)象能量時最少迭代迭代輪數(shù)，一般輪數(shù)，一般為為34，以保證能量和力的穩(wěn)定性；，以保證能量和力的穩(wěn)定性；定義定義DFT泛函類型，

29、注意要與泛函類型，注意要與POTCAR中的贗勢類型一致。中的贗勢類型一致。(9)(10)ISPIN=1|21-非自旋極化計算非自旋極化計算(缺省缺省)2-自旋極化計算自旋極化計算, 將給出體系磁矩大小將給出體系磁矩大小(對含有過渡金屬原對含有過渡金屬原子體系，一般均要采用自旋極化方法子體系，一般均要采用自旋極化方法)。(11)(12)(13) ISMEAR選擇：選擇：1) 對半導(dǎo)體或絕緣體選取對半導(dǎo)體或絕緣體選取-5，如果單胞較大時，或者所選取，如果單胞較大時，或者所選取k 點數(shù)目少時，用點數(shù)目少時，用0；2) 對導(dǎo)體，通常用對導(dǎo)體，通常用0； SIGMA取值：取值： SIGMA取值的原則是使

30、得計算得到的取值的原則是使得計算得到的TS項項(OUTCAR中中)，分?jǐn)偟矫總€原子上時小于分?jǐn)偟矫總€原子上時小于1meV，否則得到的總能量不準(zhǔn)確，否則得到的總能量不準(zhǔn)確，對導(dǎo)體尤其要注意該參數(shù)的選擇。對導(dǎo)體尤其要注意該參數(shù)的選擇。以下為構(gòu)型優(yōu)化所用關(guān)鍵詞：以下為構(gòu)型優(yōu)化所用關(guān)鍵詞：NSW=整數(shù)整數(shù) 構(gòu)型優(yōu)化的最大輪數(shù)構(gòu)型優(yōu)化的最大輪數(shù)IBRION = -1|0|1|2 構(gòu)型優(yōu)化方法：構(gòu)型優(yōu)化方法：-1-構(gòu)型不變更；構(gòu)型不變更；0-分子動力學(xué)模擬；分子動力學(xué)模擬；1-采用準(zhǔn)牛頓方法確定新的構(gòu)型采用準(zhǔn)牛頓方法確定新的構(gòu)型(當(dāng)初始構(gòu)型較合理時使用當(dāng)初始構(gòu)型較合理時使用)；2-采用采用CG方法確定構(gòu)型

31、方法確定構(gòu)型(當(dāng)初始構(gòu)型離平衡位置較遠(yuǎn)時使用當(dāng)初始構(gòu)型離平衡位置較遠(yuǎn)時使用)。POTIM=數(shù)值數(shù)值 控制構(gòu)型優(yōu)化步長，缺省為控制構(gòu)型優(yōu)化步長，缺省為0.5，對動力學(xué)模擬則為時，對動力學(xué)模擬則為時間步長間步長(單位為單位為fs)(14)輸出控制關(guān)鍵詞：輸出控制關(guān)鍵詞： LCHARG = .FALSE. (輸出電荷密度？輸出電荷密度？) LWAVE = .FALSE. (輸出波函數(shù)？輸出波函數(shù)？) LVTOT = .FALSE.(輸出靜電勢，求功函時使用輸出靜電勢，求功函時使用)其他關(guān)鍵詞：其他關(guān)鍵詞： NPAR = 8 (CPU數(shù)目，并行計算時使用數(shù)目，并行計算時使用) LPLANE = .TR

32、UE.(與并行算法有關(guān)與并行算法有關(guān))(15)(16) 實例：實例： SYSTEM = Silicon bulk NPAR = 8 LPLANE = .TRUE. Elecronic minimisation ISTART = 0 LREAL= .TRUE. PREC = Medium precission: Mediun/High/Low EDIFF = 1e-4 converge criterion: default = 1e-4 EDIFFG = -0.02 converge criterion for relation loop IALGO = 48 algorithm (8-CG,

33、48-RMM) NELMIN = 3 the minimum number of electronic SC steps ISYM = 0 symmetry (2-PAW on, 1-US-PPs on, 0-off) GGA = 91 Perdew-Wang 91 ISIF = 3 Relax ions ISPIN = 1 ISMEAR = 0 (tetrahedron/gaussian/m-p) SIGMA = 0.1OUTPUT CONTROL LCHARG = .FALSE. LWAVE = .FALSE. the i/o cost is not worth it. LVTOT = .

34、TRUE. IONIC RELAXATION NBLOCK = 1 steps for inner block NSW = 300 number of steps for IOM IBRION = 1 -1:no update 0-MD 1-quasi-New 2-CG POTIM = 0.50 default 0.5 of IBRION=1-3練習(xí)：練習(xí)： 對金紅石型對金紅石型TiO2的構(gòu)型的構(gòu)型(包括原子位置和單胞包括原子位置和單胞外形外形)進(jìn)行優(yōu)化，并考察進(jìn)行優(yōu)化，并考察k網(wǎng)格和動能大小對計算網(wǎng)格和動能大小對計算結(jié)果的影響。結(jié)果的影響。金紅石型金紅石型TiO2構(gòu)型的實驗測量結(jié)果為：構(gòu)型的

35、實驗測量結(jié)果為：空間群空間群No. 136 P42/mnm 單胞參數(shù)單胞參數(shù)a=b=4.582, c=2.953原子位置原子位置 Ti: (0, 0, 0) O: (0.30473, 0.30473, 0)步驟：步驟：1. 確定構(gòu)型，包括平移矢量以及各個原子的坐標(biāo)。確定構(gòu)型，包括平移矢量以及各個原子的坐標(biāo)。 構(gòu)型參數(shù)可從構(gòu)型參數(shù)可從http:/icsdweb.fiz-karlsruhe.de/ 獲獲取，通過作圖可得到平移矢量和各原子的坐標(biāo)，也取，通過作圖可得到平移矢量和各原子的坐標(biāo)，也可用其它軟件可用其它軟件(如如crystal)獲得。獲得。2. 構(gòu)造構(gòu)造VASP四個輸入文件，包括四個輸入文件

36、，包括INCAR、KPOINTS、POSCAR和和POTCAR3. 運行運行vasp程序程序采用采用crystal程序構(gòu)造程序構(gòu)造POSCAR文件文件(1)對體相結(jié)構(gòu)：對體相結(jié)構(gòu)：TiO2 rutileCRYSTAL0 0 01364.582 2.953222 0.00000000 0.00000000 0.00000000 8 0.30473000 0.30473000 0.00000000 END22 70 0 8 2. 1. 225338.0 0.000228 32315.0 0.001929 6883.61 0.011100 1802.14 0.05 543.063 0.17010 1

37、87.549 0.369 73.2133 0.4033 30.3718 0.1445構(gòu)型描述部分構(gòu)型描述部分基組定義部分基組定義部分0 1 6 8. 1. 554.042 -0.0059 0.0085 132.525 -0.0683 0.0603 43.6801 -0.1245 0.2124 17.2243 0.2532 0.3902 7.2248 0.6261 0.4097 2.4117 0.282 0.21810 1 4 8. 1. 24.4975 0.0175 -0.0207 11.4772 -0.2277 -0.0653 4.4653 -0.7946 0.1919 1.8904 1.0

38、107 1.37780 1 1 2. 1. 0.8099 1.0 1.0 0 1 1 0. 1. 0.3242 1.0 1.0 0 3 3 2. 1. 7.6781 0.1127 1.8117 0.3927 0.463 0.5206 0 3 1 0. 1. 0.23 1.08 40 0 8 2.0 1.0 8020.0 0.00108 1338.0 0.00804 255.4 0.05324 69.22 0.1681 23.90 0.3581 9.264 0.3855 3.851 0.1468 1.212 0.07280 1 4 6.0 1.0 49.43 -0.00883 0.00958 1

39、0.47 -0.0915 0.0696 3.235 -0.0402 0.2065 1.217 0.379 0.3470 1 1 0.0 1.0 0.500 1.0 1.00 1 1 0.0 1.0 0.191 1.0 1.099 0ENDSCFDIRATOMHFEND4 4 4END基組定基組定義部分義部分計算參數(shù)設(shè)置部分計算參數(shù)設(shè)置部分運行：運行：crystal 輸出文件名輸出文件名輸出結(jié)果：輸出結(jié)果： DIRECT LATTICE VECTORS CARTESIAN COMPONENTS (ANGSTROM) X Y Z 0.458200000000E+01 0.000000000000E

40、+00 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.458200000000E+01 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.295300000000E+01 * * ATOM X(ANGSTROM) Y(ANGSTROM) Z(ANGSTROM) * 1 22 TI 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 2 22 TI 2.291000000000E+00 2.291000000000E+00 1.476

41、500000000E+00 3 8 O 1.396272860000E+00 1.396272860000E+00 0.000000000000E+00 4 8 O -1.396272860000E+00 -1.396272860000E+00 0.000000000000E+00 5 8 O -8.947271400000E-01 8.947271400000E-01 1.476500000000E+00 6 8 O 8.947271400000E-01 -8.947271400000E-01 1.476500000000E+00平移矢量平移矢量各原子坐標(biāo)各原子坐標(biāo)(直角坐標(biāo)直角坐標(biāo))(2)

42、 對表面結(jié)構(gòu)：對表面結(jié)構(gòu)：TiO2 (110) surfaceCRYSTAL0 0 01364.582 2.953222 0.00000000 0.00000000 0.00000000 8 0.30473000 0.30473000 0.00000000 SLAB1 1 027SUPERCEL1.0 0.00.0 1.0END(同體相同體相)SLAB關(guān)鍵詞表示從體相構(gòu)型生成平板構(gòu)型關(guān)鍵詞表示從體相構(gòu)型生成平板構(gòu)型Miller指數(shù)指數(shù)(h,k,l)表層對應(yīng)編號表層對應(yīng)編號平板的厚度平板的厚度定義超單胞定義超單胞超單胞平移矢量超單胞平移矢量 CARTESIAN COORDINATES - PRI

43、MITIVE CELL DIRECT LATTICE VECTORS CARTESIAN COMPONENTS (ANGSTROM) X Y Z 0.295300000000E+01 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.647992654279E+01 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00 0.500000000000E+03 * * ATOM X(ANGSTROM) Y(ANGSTROM) Z(ANGSTROM) * 1 8 O 0.0

44、00000000000E+00 1.265335256011E+00 3.239963271397E+00 2 22 TI 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 1.974628015385E+00 3 22 TI 1.476500000000E+00 1.265335256011E+00 1.974628015385E+00 4 8 O 1.476500000000E+00 -7.092927593742E-01 1.974628015385E+00 5 8 O 1.476500000000E+00 3.239963271397E+00 1.97462

45、8015385E+00 6 8 O 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 7.092927593742E-01 7 8 O 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 0.000000000000E+00 8 22 TI 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 -1.265335256011E+00 9 22 TI 1.476500000000E+00 -1.974628015385E+00 -1.265335256011E+00 10 8 O 1.476500000000E+00 2.

46、530670512023E+00 -1.265335256011E+00 11 8 O 1.476500000000E+00 -1.079106422275E-15 -1.265335256011E+00 12 8 O 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 -2.530670512023E+00 13 8 O 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 -3.239963271397E+00平移矢量平移矢量各原子坐標(biāo)各原子坐標(biāo)(直角坐標(biāo)直角坐標(biāo))需進(jìn)一步將需進(jìn)一步將z軸軸坐標(biāo)進(jìn)行平移，使得平板底層坐標(biāo)進(jìn)行平移，使得平板底層

47、z坐坐標(biāo)為標(biāo)為0，或大于，或大于0： 1 8 O 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 6.47992654 2 22 TI 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 5.21459129 3 22 TI 1.476500000000E+00 1.265335256011E+00 5.21459129 4 8 O 1.476500000000E+00 -7.092927593742E-01 5.21459129 5 8 O 1.476500000000E+00 3.239963271397E+00 5.21459129

48、6 8 O 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 3.94925603 7 8 O 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 3.23996327 8 22 TI 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 1.97462802 9 22 TI 1.476500000000E+00 -1.974628015385E+00 1.97462802 10 8 O 1.476500000000E+00 2.530670512023E+00 1.97462802 11 8 O 1.476500000

49、000E+00 -1.079106422275E-15 1.97462802 12 8 O 0.000000000000E+00 -1.974628015385E+00 0.70929276 13 8 O 0.000000000000E+00 1.265335256011E+00 0.00000000另外，還將各原子進(jìn)行歸類后，構(gòu)造另外，還將各原子進(jìn)行歸類后，構(gòu)造POSCAR，并并作圖檢查。作圖檢查。計算結(jié)果處理計算結(jié)果處理 一般情況下，計算結(jié)果的處理均是在構(gòu)型優(yōu)化的一般情況下，計算結(jié)果的處理均是在構(gòu)型優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行的，常見的結(jié)果處理包括：基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行的，常見的結(jié)果處理包括：(1)

50、 能帶結(jié)構(gòu)繪制步驟能帶結(jié)構(gòu)繪制步驟(a) 首先在首先在INCAR文件中定義能帶的數(shù)目，一般空文件中定義能帶的數(shù)目，一般空帶數(shù)目至少為占據(jù)帶數(shù)目的一半，同時需要保存波帶數(shù)目至少為占據(jù)帶數(shù)目的一半，同時需要保存波函數(shù)和電荷密度文件：函數(shù)和電荷密度文件： NBANDS=120 -能帶數(shù)目能帶數(shù)目 LWAVE=.TRUE. -保存波函數(shù)保存波函數(shù) LCHARG=.TRUE. -保存電荷密度保存電荷密度 NSW = 1 -構(gòu)型優(yōu)化步數(shù)為構(gòu)型優(yōu)化步數(shù)為1 IBRION = -1 -構(gòu)型保持不變構(gòu)型保持不變最后兩行內(nèi)容相當(dāng)于計算單點能。最后兩行內(nèi)容相當(dāng)于計算單點能。(b) 將構(gòu)型優(yōu)化后產(chǎn)生的將構(gòu)型優(yōu)化后產(chǎn)生

51、的CONTCAR文件拷貝為文件拷貝為POSCAR文件；文件；(c) 運行運行vasp；(d) 建立新的計算目錄，將建立新的計算目錄，將INCAR，POSCAR，POTCAR，WAVECAR, CHG, CHGCAR文件移至該文件移至該目錄下，對目錄下，對INCAR文件作如下修改：文件作如下修改： ISTART = 3 -從從WAVECAR讀入波函數(shù)讀入波函數(shù) ICHARG =11 -從從CHG讀入電荷密度讀入電荷密度 NBANDS=120 -能帶數(shù)目必須和前面相同能帶數(shù)目必須和前面相同(e) 建立新的建立新的KPOINTS文件，手動定義文件，手動定義k點，例如：點，例如：k-points of

52、 Si(100) -Title 51 - K點數(shù)目點數(shù)目Rec -各各k點坐標(biāo)采用倒易空間坐標(biāo)點坐標(biāo)采用倒易空間坐標(biāo)(2 /a) 0.0 0.0 0.0 1.0 -k點點坐標(biāo)和權(quán)重坐標(biāo)和權(quán)重 0.05 0.0 0.0 1.0 0.1 0.0 0.0 1.0 0.15 0.0 0.0 1.0 0.2 0.0 0.0 1.0 0.25 0.0 0.0 1.0(f) 運行運行vasp(g) 運行運行vaspband程序，得到相應(yīng)的程序，得到相應(yīng)的dat文件，用文件，用origin等軟件繪圖：等軟件繪圖： - Draw the band structure of VASP Two files, EIG

53、ENVAL and OUTCAR are needed - Spin-polarized calculation(T/F)? (是否自旋極化計算是否自旋極化計算)f Number of lines along the BZ: (布里淵區(qū)特殊線數(shù)目布里淵區(qū)特殊線數(shù)目)5 K point sequence used to separate lines: (各線段始終點序號各線段始終點序號)1 11 21 31 41 51 Set the Fermi level to zero(T/F)? (是否費米設(shè)置為零點是否費米設(shè)置為零點)t Results are stored in DAT file. F

54、ermi level: -0.3825 eVSi(001)表面能帶圖表面能帶圖(2) 態(tài)密度圖繪制步驟態(tài)密度圖繪制步驟(a) 首先在首先在INCAR文件需定義能帶的數(shù)目，以及文件需定義能帶的數(shù)目，以及DOS的點數(shù)，同時在計算時可以利用前面能帶計算的點數(shù)，同時在計算時可以利用前面能帶計算時所得到的時所得到的WAVECAR和和CHG文件：文件： ISTART = 3 -從從WAVECAR讀入波函數(shù)讀入波函數(shù) ICHARG =11 -從從CHG讀入電荷密度讀入電荷密度 NBANDS=120 -能帶數(shù)目必須和前面相同能帶數(shù)目必須和前面相同 NSW = 1 -構(gòu)型優(yōu)化步數(shù)為構(gòu)型優(yōu)化步數(shù)為1 IBRION

55、 = -1 -構(gòu)型保持不變構(gòu)型保持不變 NEDOS = 501 -DOS的點數(shù)的點數(shù)(與圖形分辨與圖形分辨 率有關(guān)率有關(guān))(b) 運行運行vasp程序程序(c) 編輯編輯DOS輸入文件，運行輸入文件，運行vaspdos程序得到相應(yīng)程序得到相應(yīng)的的fort.25文件文件F -是否自旋極化計算是否自旋極化計算 9 -軌道數(shù)軌道數(shù)(9組還是組還是3組組) 版式本確定，版式本確定，4.5-3，4.6-93 -要計算的要計算的DOS數(shù)目數(shù)目 -2 -為負(fù)整數(shù)時，表示所考察的為原子的為負(fù)整數(shù)時，表示所考察的為原子的DOS29 30 -為原子編號為原子編號3 -為正整數(shù)時，表示所考察的為原子軌道的為正整數(shù)時

56、，表示所考察的為原子軌道的DOS2 3 4 -為原子軌道的編號為原子軌道的編號55 6 7 8 9注：對于軌道數(shù)為注：對于軌道數(shù)為3組時，依次分別為組時，依次分別為s, p, d； 當(dāng)軌道數(shù)為當(dāng)軌道數(shù)為9時，依次為時，依次為s, py, pz, px, dxy, dyz, dz2, dxz, dx2-y2DOS輸入文件內(nèi)容：輸入文件內(nèi)容：(d) 運行運行cdos98程序得到程序得到DOS的的dat文件，繪制文件，繪制DOS圖圖VC(001)缺陷表面吸附缺陷表面吸附CO能帶圖和分能帶圖和分DOS圖圖(3) 電荷密度圖繪制步驟電荷密度圖繪制步驟(a) 二維二維(差差)電荷密度圖電荷密度圖(等高線圖

57、等高線圖)： 運行運行vaspchg程序，從程序，從CHG或或CHGCAR文件讀文件讀入數(shù)據(jù)，定義所要繪圖的區(qū)域：入數(shù)據(jù)，定義所要繪圖的區(qū)域： - |Read the data from CHGCAR file of VASP, then output the charge| |densities of certain plane defined by user. Also can calculate| |the difference charge density map between two CHGCAR files. | | Last modified in 18/10/2006 by

58、Yongfan Zhang | | Fuzhou University | - Spin polarization calculation(T/F): (是否為自旋極化計算是否為自旋極化計算)f How many type of atom in the system: (體系所包含原子種類體系所包含原子種類)3 Enter output filename: (輸出文件名輸出文件名)chg.dat In gnuplot format:(T/F) (是否保存為是否保存為gnuplot格式格式)f Lengths of first two vectors: 7.7154 7.7154 Angle between them(degree): 90.0000 Number of atom: 30 Coordinates of each atom: 1 0.629638 3.847029 6.351390 2 0.601369 7.713053 6.259482 3 3.147404 3.841682 6.499098 4 2.