VASP問題MicrosoftWord講課講稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。VASP問題MicrosoftWord-VASP計算的過程遇到的問題1、VASP能夠進行哪些過程的計算？怎樣設置？我們平時最常用的研究方法是做單點能計算，結構優(yōu)化、從頭計算的分子動力學和電子結構相關性質(zhì)的計算。一般我們的研究可以按照這樣的過程來進行如果要研究一個體系的最優(yōu)化構型問題可以首先進行結構弛豫優(yōu)化，然后對優(yōu)化后的結構進行性質(zhì)計算或者單點能計算。如果要研究一個體系的熱力學變化過程可以首先進行分子動力學過程模擬，然后在某個溫度或壓強下進行性質(zhì)計算或者單點能計算。如果要研究一個體系的熱力學結構變化可以

2、首先在初始溫度下進行NVT計算，然后進行分子動力學退火，然后在結束溫度下進行性質(zhì)計算研究。2、什么是單點能計算(singlepointenergy)？如何計算？跟其它軟件類似，VASP具有單點能計算的功能。也就是說，對一個給定的固定不變的結構（包括原子、分子、表面或體材料）能夠計算其總能，即靜態(tài)計算功能。單點能計算需要的參數(shù)最少，最多只要在KPOINTS文件中設置一下合適的K點或者在INCAR文件中給定一個截斷能ENCUT就可以了。還有一個參數(shù)就是電子步的收斂標準的設置EDIFF，默認值為EDIFF=1E-4，一般不需要修改這個值。具體來說要計算單點能，只要在INCAR中設置IBRION=-1

3、也就是讓離子不移動就可以了。3、什么是結構優(yōu)化(structureoptimization)？如何計算？結構優(yōu)化又叫結構弛豫（structurerelax），是指通過對體系的坐標進行調(diào)整，使得其能量或內(nèi)力達到最小的過程，與動力學退火不同，它是一種在下用原子間靜力進行優(yōu)化的方法?？梢哉J為結構優(yōu)化后的結構是相對穩(wěn)定的基態(tài)結構，能夠在實驗之中獲得的幾率要大些（當然這只是理論計算的結果，必須由實驗來驗證）。一般要做弛豫計算，需要設置弛豫收斂標準，也就是告訴系統(tǒng)收斂達成的判據(jù)（convergencebreakcondition)，當系統(tǒng)檢測到能量變化減小到一個確定值時例如EDIFFG=1E-3時視為收斂

4、中斷計算，移動離子位置嘗試進行下一步計算。EDIFFG這個值可以為負，例如EDIFFG=-0.02，這時的收斂標準是當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)所有離子間作用力都小于給定的數(shù)值，如.eV/A時視為收斂而中斷。弛豫計算主要有兩種方式：準牛頓方法(quasi-NewtonRMM-DIIS)和共軛梯度法(CG)兩種。準牛頓方法計算速度較快，適合于初始結構與平衡結構（勢能面上全局最小值）比較接近的情況，而CG方法慢一些，找到全局最小的可能性也要大一些。選擇方法為IBRION=1時為準牛頓方法而IBRION=2時為CG方法。具體來說要做弛豫計算，設置IBRION=1或者2就可以了，其它參數(shù)根據(jù)需要來設置。NSW是進行弛豫

5、的最大步數(shù)，例如設置NSW=100，當計算在100步之內(nèi)達到收斂時計算自動中斷，而100步內(nèi)沒有達到收斂的話系統(tǒng)將在第100步后強制中止（平常計算步數(shù)不會超過100步，超過100步可能是計算的體系出了問題）。參數(shù)通常可以從文獻中發(fā)現(xiàn)，例如收斂標準EDIFFG等。有的時候我們需要一些帶限制條件的弛豫計算，例如凍結部分原子、限制自旋的計算等等。凍結部分原子可以在POSCAR文件中設置selectivedynamic來實現(xiàn)。自旋多重度限制可以在INCAR中以NUPDOWN選項來設置。另外ISIF選項可以控制弛豫時的晶胞變化情況，例如晶胞的形狀和體積等。費米面附近能級電子分布的smearing是一種促

6、進收斂的有效方法，可能產(chǎn)生物理意義不明確的分數(shù)占據(jù)態(tài)情況，不過問題不大。在INCAR文件中以ISMEAR來設置。一般來說K點只有一兩個的時候采用ISMEAR=0，金屬體材料用ISMEAR=1或2,半導體材料用ISMEAR=-5等等。不過有時電子步收斂速度依然很慢，還需要設置一些算法控制選項，例如設置ALGO=Very_Fast，減小真空層厚度，減少K點數(shù)目等。弛豫是一種非常有效的分析計算手段，雖然是靜力學計算但是往往獲得一些動力學得不到的結果。4、vasp的分子動力學模擬vasp做分子動力學的好處，由于vasp是近些年開發(fā)的比較成熟的軟件，在做電子scf速度方面有較好的優(yōu)勢。缺點：可選系綜太少

7、。盡管如此，對于大多數(shù)有關分子動力學的任務還是可以勝任的。主要使用的系綜是NVT和NVE。一般做分子動力學的時候都需要較多原子，一般都超過100個。當原子數(shù)多的時候，k點實際就需要較少了。有的時候用一個k點就行，不過這都需要嚴格的測試。通常超過200個原子的時候，用一個k點，即Gamma點就可以了。INCAR：EDIFF一般來說，用1E-4或者1E-5都可以，這個參數(shù)只是對第一個離子步的自洽影響大一些，對于長時間的分子動力學的模擬，精度小一點也無所謂，但不能太小。IBRION=0分子動力學模擬IALGO=48一般用48，對于原子數(shù)較多，這個優(yōu)化方式較好。NSW=1000多少個時間步長。POTI

8、M=3時間步長,單位fs,通常1到3.ISIF=2計算外界的壓力.NBLOCK=1多少個時間步長，寫一次CONTCAR，CHG和CHGCAR，PCDAT.KBLOCK=50NBLOCK*KBLOCK個步長寫一次XDATCAR.（個離子步寫一次PCDAT.）ISMEAR=-1費米迪拉克分布.SIGMA=0.05單位:電子伏NELMIN=8一般用6到8,最小的電子scf數(shù).太少的話,收斂的不好.LREAL=AAPACO=10徑向分布函數(shù)距離,單位是埃.NPACO=200徑向分布函數(shù)插的點數(shù).LCHARG=F盡量不寫電荷密度,否則CHG文件太大.TEBEG=300初始溫度.TEEND=300終態(tài)溫度

9、。不設的話，等于TEBEG.SMASS=-3NVEensemble;-1用來做模擬退火。大于0NVT系綜。正確：SMASS=1,2,3是沒有區(qū)別的。都是NVTensemble。SMASS只要是大于0就是NVT系綜。CONTCAR是每個離子步之后都會寫出來的，但是會用新的把老的覆蓋CHG是在每10個離子步寫一次，不會覆蓋CHGCAR是在任務正常結束之后才寫的。5、收斂判據(jù)的選擇結構弛豫的判據(jù)一般有兩中選擇：能量和力。這兩者是相關的，理想情況下，能量收斂到基態(tài)，力也應該是收斂到平衡態(tài)的。但是數(shù)值計算過程上的差異導致以二者為判據(jù)的收斂速度差異很大，力收斂速度絕大部分情況下都慢于能量收斂速度。這是因為

10、力的計算是在能量的基礎上進行的，能量對坐標的一階導數(shù)得到力。計算量的增大和誤差的傳遞導致力收斂慢。到底是以能量為收斂判據(jù)，還是以力為收斂判據(jù)呢？關心能量的人，覺得以能量為判據(jù)就夠了；關心力相關量的人，沒有選擇，只能用力作為收斂標準。對于超胞體系的結構優(yōu)化，文獻大部分采用Gamma點做單點優(yōu)化。這個時候即使采用力為判據(jù)（EDIFFG=-0.02），在做靜態(tài)自洽計算能量的時候，會發(fā)現(xiàn)，原本已經(jīng)收斂得好好的力在不少敏感位置還是超過了結構優(yōu)化時設置的標準。這個時候，是不是該懷疑對超胞僅做Gamma點結構優(yōu)化的合理性呢？是不是要提高K點密度再做結構優(yōu)化呢。在我看來，這取決于所研究的問題的復雜程度。我們的

11、計算從原胞開始，到超胞，到摻雜結構，到吸附結構，到反應和解離。每一步都在增加復雜程度。結構優(yōu)化終點與初始結構是有關的，如果遇到對初始結構敏感的優(yōu)化，那就頭疼了。而且，還要注意到，催化反應不僅與原子本身及其化學環(huán)境有關，還會與幾何構型有關。氣固催化反應過程是電子的傳遞過程，也是分子拆分與重新組合的過程。如果優(yōu)化終點的構型不同，可能會導致化學反應的途徑上的差異。僅從這一點來看，第一性原理計算的復雜性，結果上的合理性判斷都不是手冊上寫的那么簡單。對于涉及構型敏感性的結構優(yōu)化過程，我覺得，以力作為收斂判據(jù)更合適。而且需要在Gamma點優(yōu)化的基礎上再提高K點密度繼續(xù)優(yōu)化，直到靜態(tài)自洽計算時力達到收斂標準

12、的。6、結構優(yōu)化參數(shù)設置結構優(yōu)化，或者叫弛豫，是后續(xù)計算的基礎。其收斂性受兩個主要因素影響：初始結構的合理性和弛豫參數(shù)的設置初始結構初始結構包括原子堆積方式，和自旋、磁性、電荷、偶極等具有明確物理意義的模型相關參數(shù)。比如摻雜，表面吸附，空位等結構，初始原子的距離，角度等的設置需要有一定的經(jīng)驗積累。DFT計算短程強相互作用（相對于范德華力），如果初始距離設置過遠（如超過4埃），則明顯導致收斂很慢甚至得到不合理的結果。比較好的設置方法可以參照鍵長。比如CO在O頂位的吸附，可以參照CO2中C-O鍵長來設置（如增長20%）。也可以參照文獻。記住一些常見鍵長，典型晶體中原子間距離等參數(shù)，有助于提高初始結

13、構設置的合理性。實在不行，可以先在小體系上測試，然后再放到大體系中算。弛豫參數(shù)弛豫參數(shù)對收斂速度影響很大，這一點在計算工作沒有全部鋪開時可能不會覺察到有什么不妥，反正就給NSW設置個“無窮大”的數(shù)，最后總會有結果的。但是，時間是寶貴的，恰當?shù)脑O置3小時就收斂的結果，不恰當?shù)脑O置可能要一個白天加一個黑夜。如果你趕文章或者趕著畢業(yè)，你就知道這意味這什么。結構優(yōu)化分電子迭代和離子弛豫兩個嵌套的過程。電子迭代自洽的速度，有四個響很大的因素：初始結構的合理性，k點密度，是否考慮自旋和高斯展寬（SIGMA）；離子弛豫的收斂速度，有三個很大的影響因素：弛豫方法（IBRION）,步長（POTIM）和收斂判據(jù)（

14、EDIFFG）.一般來說，針對理論催化的計算，初始結構都是不太合理的。因此一開始采用很粗糙的優(yōu)化（EDIFF=0.001，EDIFFG=-0.2），很低的K點密度(Gamma)，不考慮自旋就可以了，這樣NSWparam.inc，其中param.inc是包含了輸出結果的文件，在param.inc文件中你可以看到這些參數(shù)的值，以及計算大概需要多少的內(nèi)存。然后把param.inc文件中的NGX,NGY,NGZ和NBANDS的值拷貝到INCAR文件中。第二個是計算態(tài)密度時，我個人的做法是，一般把KPOINTS文件中的k點增多，然后把INCAR文件中的ISTART=1,ICHARG=11，當然還設置RW

15、IGS。最后把靜止自洽計算得到的CHG和CHGCAR文件拷貝到當前目錄下。從我在單機上的計算來看，沒有WAVECAR文件也是可以計算態(tài)密度的。我想你出現(xiàn)的這個問題，可能是你cluster上計算時，每個節(jié)點上的CHGCAR和WAVECAR文件不一致造成的。第三個是當k點數(shù)增加了，會出現(xiàn)一個WARING，要把此WARNING消失掉，在INCAR文件中設置NELMDL，它的值小于等于默認值（默認值好像是-5,你可以設為-6)。沒有cluster的系統(tǒng)用來計算，也沒有這樣的經(jīng)歷，我僅從在單機上的計算經(jīng)驗來談，有錯還請包涵9、如何用VASP計算鐵磁、反鐵磁和順磁順磁，意味進行non-spinpolari

16、zed的計算，也就是ISPIN=1。鐵磁，意味進行spin-polarized的計算，ISPIN=2，而且每個磁性原子的初始磁矩設置為一樣的值，也就是磁性原子的MAGMOM設置為一樣的值。對非磁性原子也可以設置成一樣的非零值（與磁性原子的一樣）或零，最后收斂的結果，非磁性原子的local磁矩很小，快接近0，很小的情況，很可能意味著真的是非磁性原子也會被極化而出現(xiàn)很小的local磁矩。反鐵磁，也意味著要進行spin-polarized的計算，ISPIN=2，這是需采用反鐵磁的磁胞來進行計算，意味著此時計算所采用的晶胞不再是鐵磁計算時的最小原胞。比如對鐵晶體的鐵磁狀態(tài)，你可以采用bcc的原胞來計算

17、，但是在進行反鐵磁的Fe計算，這是你需要采用sc的結構來計算，計算的晶胞中包括兩個原子，你要設置一個原子的MAGMOM為正的，另一個原子的MAGMOM設置為負，但是它們的絕對值一樣。因此在進行反鐵磁的計算時，應該確定好反鐵磁的磁胞，以及磁序，要判斷哪種磁序和磁胞是最可能的反鐵磁狀態(tài)，那只能是先做好各種可能的排列組合，然后分別計算這些可能組合的情況，最后比較它們的總能，總能最低的就是可能的磁序。同樣也可以與它們同鐵磁或順磁的進行比較。了解到該材料究竟是鐵磁的、還是順磁或反鐵磁的。亞鐵磁，也意味要進行spin-polarized的計算，ISPIN=2，與反鐵磁的計算類似，不同的是原子正負磁矩的絕對

18、值不是樣大。非共線的磁性，那需采用專門的non-collinear的來進行計算，除了要設置ISPIN，MAGMOM的設置還需要指定每個原子在x,y,z方向上的大小。這種情況會復雜一些。舉個例子來說，對于Mn-Cu(001)c(2x2)這種體系，原胞里面有2個Mn原子，那么你直接讓兩個Mn原子的MAGMOM的絕對值一樣，符號相反就可以了，再加上ISPIN=2。這樣就可以實現(xiàn)進行反鐵磁的計算了10、vasp在計算磁性的時候，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審稿人質(zhì)疑，對于這個不一致你們一般是怎么解釋的了？答：OSZICAR中得到的磁矩是OUTCAR中最后一步得到的總磁矩是相等的。總磁矩和各原子的磁矩(RMT球內(nèi)的磁矩)之和之差就是間隙區(qū)的磁矩。因為有間隙區(qū)存在,不一致是正常的。11、磁性計算應該比較負責。你應該還使用別的程序計算過磁性，與