【排版結(jié)果】vasp侯柱峰學(xué)習(xí)-----

1、VASP軟件包的使用入門指南侯柱鋒( HYPERLINK mailto:zfhou zfhou)復(fù)旦大學(xué)物理系博士后2005年11月28日摘要本手冊僅供2005年12月3日至4日在北京宏劍軟件公司舉辦的VASP培訓(xùn)班上使 用，版權(quán)屬于本手冊的作者。文中提到的一些小程序，可以提供使用。在參考使用本手冊 的過程中，如遇到不清楚的地方，可以參考VASP的英文手冊或emai 1來咨詢本手冊的 作者。如認(rèn)為本手冊某些地方需要更正或修改的，也請emai 1通知本手冊的作者。本手 冊參考了 VASP的英文manualG. Kresse的報(bào)告以及從互連網(wǎng)上提供的資料。本手冊的手冊重點(diǎn)在于對VASP軟件包的使用

2、進(jìn)行入門性的介紹，有關(guān)VASP軟件包 進(jìn)行材料模擬的理論基礎(chǔ)請自己參閱相關(guān)的文獻(xiàn)和資料。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark32 o Current Document VASP軟件包的簡單介紹2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document VASP程序的編譯和安裝3所需的文件3編譯安裝步驟4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document VASP程序的主要輸入文件5 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document INCAR 文件6 HYPERL

3、INK l bookmark67 o Current Document POTCAR 文件7Si-fcc5.430.000.500.500.500.000.50().5()().5()0.0()2Carti0.000.000.000.250.250.25Si-fcc5.430.000.500.500.500.000.50().5()().5()0.0()2Carti0.000.000.000.250.250.25!注釋行，簡短描述體系!基矢的縮放系數(shù)，可認(rèn)為是晶格常數(shù)!基矢除以縮放系數(shù)后的，與上一行的值一起描述基矢!原子個數(shù)!表示原子的坐標(biāo)是以卡笛爾坐標(biāo)系給出的坐標(biāo).!原子的位置KPOINT

4、S 文件設(shè)置布里淵區(qū)k點(diǎn)網(wǎng)格取樣大小或能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算時沿高對稱方向的k點(diǎn)：手動輸入即自定義各個k點(diǎn)的坐標(biāo)和權(quán)重：推薦只在能帶計(jì)算時用，其他的情況下不采用這 種方法。在后面的能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算會詳細(xì)介紹如何準(zhǔn)備手動輸入的k點(diǎn)。k-points along high symmetry lines 4主釋彳亍, IIReciprocal0.0()0.00 ().0()0.050.00 0.051001.00無特別的意義!沿G-X特殊點(diǎn)之間11個k點(diǎn)!各k點(diǎn)相對于倒格子基矢來寫的 蟲點(diǎn)的坐標(biāo)和相應(yīng)的權(quán)重例子：0.500.00 0.501.00 Line-mode：在計(jì)算能帶時用（4.6以上版本才支持）。例子:

5、k-points along high symmetry lines !注釋行，10 Line-inode Reciprocal0.000.000.000.500.000.50無特別的意義!沿G-X特殊點(diǎn)之間產(chǎn)生10個k點(diǎn)!程序自動產(chǎn)生特殊k點(diǎn)間的k點(diǎn)!各k點(diǎn)相對于倒格子基矢來寫的! Gamma!X提示：如果k點(diǎn)是相對于卡笛爾直角坐標(biāo)系，那么第四行改為Cartesian （以字母c開頭的任何 詞都可以）10程序自動產(chǎn)生k點(diǎn): 例子：最常用的，定義網(wǎng)格取樣大小Automatic generation 0Monhkorst-Pack9990.00.00.0!注釋行咱動產(chǎn)生k點(diǎn)，這一行必須設(shè)為()!

6、Monhkorst-Pack 方法產(chǎn) 生 k 點(diǎn)!在各個基矢方向上分割各基矢的點(diǎn)數(shù)!是否移動網(wǎng)格點(diǎn)以及移動多少(這里不移動)提示：一般各基矢方向上的分割數(shù)為奇數(shù)，使得產(chǎn)生的k點(diǎn)是以Gamma點(diǎn)為中心的。根據(jù) 基矢的長短來設(shè)置合適的分割數(shù)。針對六角晶系:采用Gamma centered網(wǎng)格 例子：Automatic generation 0Gamma9970.0 0.0 0.0!注釋行咱動產(chǎn)生k點(diǎn)，這一行必須設(shè)為0!明確定義以Gamma點(diǎn)為中心，根據(jù)M-P方法產(chǎn)生k點(diǎn)4 VASP程序的主要輸出文件VASP 的輸出文件主要有 OUTCAR, CHG, CHGCAR, WAVECAR, DOSCAR

7、, EIGENVAL, OSZICAR, CONTCAR, PCDAT, IBZKPT, XDATCARo4.1 OUTCAR 文件OUTCAR文件包含了 vasp計(jì)算后得到的絕大局部結(jié)果，每步迭代的詳細(xì)情況。下面介紹 如何從OUTCAR取出一些有用的信息：查看所計(jì)算體系的體積，使用下面的命令: grep volume OUTCAR得到如下類似的結(jié)果volume/ion in A,a.u.volume of cell :65.8432.92222.171112第一行給出體系的體積分別以A%tom和au%tom為單位。第二行給出體系的體積是 以A3/unit cell為單位。查看所計(jì)算體系的總能

8、，使用下面的命令：當(dāng) ISMEAR = -5 時，F(xiàn)ree energy TOTEN 是與 energy without entropy 是相等，那么用：grep TOTEN OUTCAR得到如下類似的結(jié)果free energy TOTEN =-7.910804 eV當(dāng)ISMEAR等于其他的值時，F(xiàn)ree energy TOTEN是與energy without entropy是不相 等，那么用grepentropyOUTCAR得到如下類似的結(jié)果energy without entropy=-7.910804 energy(sigma-$0) =-7.9108()4在計(jì)算體系的結(jié)合能時，體系的

9、總能取為energy without entropy后面的值。(如何計(jì) 算體系的 結(jié)合能，在后面會詳細(xì)介紹)查看所計(jì)算體系的費(fèi)米能級，使用下面的命令：grep Fermi OUTCAR | tail -1得到如下類似的結(jié)果：BZINTS: Fermi energy: 6.171330; 20.000000 electrons13上一行中第一個數(shù)就是體系的費(fèi)米能級，第二個數(shù)就是體系的總價電子數(shù)。注釋：對半導(dǎo)體的體系，VASP取價帶頂作為費(fèi)米能級。對呈現(xiàn)金屬性的體系，費(fèi)米能級就是該 體系的真實(shí)（具有物理意義的）費(fèi)米能級。查看所計(jì)算體系的倒格子基矢，在采用vi對OUTCAR編輯時，用下面的命令來查找

10、g/reciprocal lattice vectors 或 g/recip查看所計(jì)算體系中原子的受力情況，在采用vi對OUTCAR編輯時，用下面的命令來查找g/TOTAL-FORCE原子所受的力的單位是eV angstromo4.2CHG和CHGCAR文件這兩個都是給出了體系的電荷密度文件，它們的內(nèi)容是相同的，只是前者給出的數(shù)據(jù)的精度要 比后者的精度略低一些。下面是CHGCAR文件的例子：Au-Zn_zig1.000000000000000.0000000.00000015.000000().()()()()()()0.000000().()()()()()()0.00000015.0000

11、00 0.0000000.0000006.60000011Direct0.0()()(X)() ().()()()()()() ().()()()()()()0.000000 0.000079 0.500000160 160720+05 0+05 0.16406959292E+05 0+05 0.11554638997E+050.88581841033E+04 0.63620171557E+04 0.42583169365E+04 0.26537018923E+04 0+04這兩個文件在每步

12、迭代過程中都會被更新（除了在INCAR文件中有設(shè)置ICHGAR=11或12 外）。經(jīng)過迭代后得到的自洽的CHG和CHGCAR可以用來畫圖分析面電荷密度分布（如何做，在后 面 會詳細(xì)介紹）。在后面步驟中能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度時，所讀入的電荷密度文件CHG和CHGCAR必 須是經(jīng)過迭代自洽得到的文件。43 DOSCAR 和 EIGENVA L 文件DOSCAR給出的所計(jì)算體系的電子態(tài)密度，EIGENVAL給出的是所計(jì)算體系的本征值。這 兩個 文件中的能量值，都是絕對的，而不是以費(fèi)米能級作為參考零點(diǎn)。4.4其他文件14WAVECAR給出的是所計(jì)算體系的電子波函數(shù)，二進(jìn)制文件，不可編輯。OSZICAR每次迭

13、代或離子移動情況的簡單匯總。CONTCAR給出的離子進(jìn)行馳豫時，每次移動后體系的晶格參數(shù)，與POSCAR的內(nèi)容相同。在 對體系進(jìn)行馳豫或分子動力學(xué)計(jì)算時，最后得到的C ONTCAR可以直接拷貝成POSCAR,進(jìn)行 后面的計(jì)算。PCDAT和XDATCAR給出了有關(guān)分子動力學(xué)模擬中的一些結(jié)果，比方pair correlation函 數(shù)。IBZKPT給出的是不可約布里淵區(qū)k點(diǎn)的坐標(biāo)。5參數(shù)設(shè)置與選擇的技巧下面對一些主要的關(guān)鍵詞的設(shè)置進(jìn)行說明。5.1 ENCUT平面波的切斷動能。采用默認(rèn)值還是手動的輸入。推薦的做法是采用后者，在任何性質(zhì)的計(jì)算之 前，進(jìn)行ENCUT收斂情況的計(jì)算，由此來確定一個合適的切

14、斷動能值，然后手動地設(shè) 置。下面以金剛石結(jié)構(gòu)Si并采用USPP、LDA為例，進(jìn)行說明：其POSCAR文件為：其KPOINTS文件為：Automatic generation 0Monhkorst-Pack9990.0 0.0 0.0用來進(jìn)行計(jì)算的she 11腳本程序?yàn)椋?!/bin/shrm WAVECARfor iin 150200250 300350400do cat INCAR !SYSTEM = Si-DiamondENCUT = $iISTART = 0 ; ICHARG = 2ISMEAR = -5PREC = Accurate !echo ENCUT = $i eV ； time

15、 vaspE=4grep 叮OTEN” OUTCAR |tail-l | awk ,printf %12.6f n,$5echo $i $E comment done15計(jì)算完成后得到comment文件，它列出了在每個ENCUT時計(jì)算得到相應(yīng)的總能。內(nèi)容如下:150-11.900655200-11.938864250-11.944599300-11.945248350-11.945503 400-11.945622 5.2 PRECPREC是控制計(jì)算精度最重要的一個參數(shù)，它決定了 ENCUT、FFT網(wǎng)格大小、和ROPT的 默認(rèn) 值?？赡艿娜≈禐長ow, Medium, High, Normal

16、, Accurate （后兩個只能在4.5以上版本中才 起作用）。 在一般的計(jì)算時推薦：4.5版本中用Normal, 4.4版本中用Medium。當(dāng)要提高力和Stress tensor的計(jì)算 精度時，可以采用High或Accurate,并手動設(shè)置ENCUT的值。5.3EDIFF 和 EDIFFGEDIFF是電子結(jié)構(gòu)局部自洽迭代循環(huán)時，判斷是否自洽了的條件，上次和當(dāng)前兩次迭代中總能 和本征值的變化都小于EDIFF,那么電子結(jié)構(gòu)局部迭代循環(huán)停止。如果EDIFF = 0,那么進(jìn)行NELM步迭代 后停止迭代。默認(rèn)值為1E-4, 一般情況沒有必要設(shè)置更小的值。EDIFFG是控制離子局部的馳豫，當(dāng)離子馳豫

17、在上步和當(dāng)前步中的總能變化小于EDIFFG,那么離子 馳豫停止。其默認(rèn)值為EDIFF*10。注意的是：只有EDIFFG為負(fù)數(shù)，才是用來控制離子馳 豫時，離 子或原子所受的力。EDIFFG也可以0,那么表示離子馳豫NSW步后就停止。EDIFFG在 分子動力學(xué)中 也不起作用。5.4ISTART 和 ICHARG這兩個關(guān)鍵詞分別定義了如何構(gòu)建初始的波函數(shù)和電荷密度、讀入上一次的波函數(shù)和電荷密度。 VASP的manual上講了多種情況，這里推薦的做法是在進(jìn)行能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度等性質(zhì)的計(jì)算時， 設(shè)置ISTART= 1, ICHARG = 11；其他的情況，一般都設(shè)置ISTART = 0, ICHARG

18、 = 2。如果由于斷電或 其他情況，程序停止運(yùn)行了，但是又想接著計(jì)算，此時 在INCAR設(shè)置ISTART=1, ICHARG=1,其 他的參數(shù)不變，文件也不用動。5.5GGA 和 V OSKOWNGGA關(guān)鍵詞表示交換關(guān)聯(lián)函數(shù)采用廣義梯度近似。當(dāng)GGA=91時，表示采用Perdew - Wang 91 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)；當(dāng)GGA = PE,表示采用Perdew-Burke-Ernzerhof交換關(guān)聯(lián)函數(shù)（只能 用在4.5以上版 本）。GGA的選擇一定要與鷹勢的類型相一致，也就是說在采用LDA鷹勢時，不能定義GGA,另外 采用PW91的勢，不能定義GGA=PE等等。VOSKOWN是表示在處理交換關(guān)聯(lián)函

19、數(shù)時，采用何種 內(nèi)插公式。當(dāng)VOSKOWN=1,采用VoskoWilkandNusair提出的內(nèi) 插公式，它一般是來處理GGA中 關(guān)聯(lián)函數(shù)的，因此在采用PW91的GGA時，應(yīng)設(shè)置VOSKOWN =1。其他的情況下，可以不必設(shè)置 VOSKOWN,而由程序采用默認(rèn)值。5.6 ISIFISIF是一個非常有用的參數(shù)，用來控制結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。當(dāng)IBRION = 0時，其默認(rèn)值為0,其他 情況下為20Trace only表示僅有總壓力是正確的，總壓力也是在OUTCAR文件中這一行external pressure =.kB”16給出的。在對原胞的體積或形狀進(jìn)行優(yōu)化時，ENCUT要略取的大一些（比方取為1.

20、3*ENCUT的默 認(rèn)值或者設(shè)置PREC=High）以消除Pulay Stress導(dǎo)致的誤差。ISIF計(jì)算原子 所受的力計(jì)算原胞的stress tensor原子位置 馳豫改變原胞的 形狀改變原胞的 體積0是否是否否1是trace only是否否2是是是杏否3是是是是是4是是是是否5是是否是否6是是否是是7是是否否是表5 ISIF可能的取值以及相應(yīng)的意思5.7ISMEAR 和 SIGMAISMEAR用來確定如何或用何種方法來設(shè)置每個波函數(shù)的局部占有數(shù)才展。在采用有限溫度方 法設(shè)置瓢時，smearing方法中的smearing寬度bo它們的默認(rèn)值分別為ISMEAR =1, SIGMA=0.2。 可

21、能的取值為-5,-4, -3,-2,-1, 0,N （N表示正整數(shù)），一般很少用-2和-3。ISMEAR = -5,表示采用Bloch 1修正的四面體方法。ISMEAR = -4,表示采用四面體方法，但是沒有Bloch 1修正。ISMEAR = -1,表示采用 Fermi-Dirac smearing 方法。ISMEAR = 0,表示采用 Gaussian smearing 方法。ISMEAR = N,表示采用Methfessel-Paxton smearing方法，其中N是表示此方法中的階數(shù)。一般 情況N取1和2就好，而且大多數(shù)情況，N=1和2給出的結(jié)果很接近。注意：進(jìn)行任何的靜態(tài)計(jì)算或態(tài)密

22、度計(jì)算，且k點(diǎn)數(shù)目大于4時，取ISMEAR =5；當(dāng)由于原胞較 大 而k點(diǎn)數(shù)目較少（小于4個）時，取ISMEAR = 0,并設(shè)置一個合適的SIGMA值。另外對半導(dǎo)體或 絕 緣體的計(jì)算（不管是靜態(tài)還是結(jié)構(gòu)優(yōu)化），取ISMEAR =-5；當(dāng)體系呈現(xiàn)金屬性時，取ISMEAR =1和 2,以及設(shè)置一個合適的SIGMA值。在進(jìn)行能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算時，ISMEAR和SIGMA用默認(rèn) 值就好。一 般說來，無論是對何種體系，進(jìn)行何種性質(zhì)的計(jì)算，采用ISMEAR = 0,并選擇一個合適的SIGMA值 都能得到合理的結(jié)果。當(dāng)采用ISMEAR = 0或N時，如何優(yōu)化選擇SIGMA的值？以fee結(jié)構(gòu)A1,采用LDA、USP

23、P為例來進(jìn)行說明：其POSCAR文件為Al-fcc175.430().5().5().0 ().5 TOC o 1-5 h z ().5 ().0().50.5 0.50.02Direct HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 0.00.00.05其KPOINTS文件:Automatic generation 0Monhkorst-Pack99 90.0 0.0 0.0用來確定SIGMA的腳本程序?yàn)閞u心igma,其內(nèi)容為:#!/bin/shrm WAVECARforiin 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.

24、24 0.26 0.28 0.30 do cat INCAR !SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 0 ; ICHARG = 2ISMEAR = 0; SIGMA = $i PREC = Accurate !echo SIGMA = $i eVM ; time vaspTS=4grep “EENTRO” OUTCAR | tail-1 | awk ,printf n%12.6f nH,$5 )echo $i $TS comment doneo.io0.120.140.160.180.200.220.240.260.280.30o.io0.120.140.160

25、.180.200.220.240.260.280.30計(jì)算完后得到comment文件，其內(nèi)容為:-0.003426-0.004408-0.005645-0.007127-0.008833-0.010763-0.012928-0.015336-0.017988-0.020878-0.02399918選擇entropy T*SEENTRO值中最小的那個所對應(yīng)的SIGMA。此例子中，那么選擇SIGMA = 0.1。當(dāng) ISMEAR=1或2時，也可以按這個例子來進(jìn)行。另外，當(dāng)k點(diǎn)數(shù)目變化后，此SIGMA值也會 要再進(jìn) 行優(yōu)化。RWIGSWigner Seitz半徑，用在計(jì)算分波態(tài)密度以及每根能帶對應(yīng)的

26、波函數(shù)按spd和位置投影時。RWIGS = 1.2 L5.按POSCAR文件中每類原子的順序相應(yīng)地給出。盡管在VASP的manua 1中 給 出了一個總的原那么：調(diào)整RWIGS的值，并計(jì)算后，檢查在OUTCAR文件中，每類原子的Wigner Seitz球的體積之和應(yīng)略接近與原胞的體積。當(dāng)體系中有多類原子時，一般很難調(diào)整，通常就直接取 POTCAR文件中以A為單位的RWIG S值。k點(diǎn)數(shù)目或k-mesh大小的優(yōu)化以fee結(jié)構(gòu)A1的計(jì)算為例進(jìn)行說明：INCAR以一般做靜態(tài)計(jì)算時的情況來設(shè)置。SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 0 ; ICHARG = 2ISMEA

27、R = -5PREC = Accurate這個優(yōu)化的過程可以用下面的腳本程序run，來完成:#!/bin/shrm WAVECARfor i in 579111315docat KPOINTS !Automatic generation 0Monhkorst-Pack$i $i $i 0.0 0.0 ().0OUTCAR | tail-1 | awk printf 5i n，$2 echo $i $KP $E comment doneOUTCAR | tail-1 | awk printf 5i n，$2 echo $i $KP $E comment doneirreducible1echo

28、k mesh = $i x $i E=grepx $i ； time vasp TOTEN” OUTCAR KP=grepl tailI awk printf ”12.6f n，$5計(jì)算完后得到k點(diǎn)數(shù)目與能量的對應(yīng)值，總能變化在O.OOleV左右就非常足夠了，然后由此來選 擇合 適的k點(diǎn)數(shù)目。6材料基態(tài)性質(zhì)的計(jì)算方法和步驟在計(jì)算前,要明確采用的是何種JW勢;平面波切斷動能多大;k點(diǎn)網(wǎng)格多小 當(dāng)采用Gaussian- ,Fermi- smearing方法或Methfessel-Paxton smearing方法時，SIGMA多大；計(jì)算所選取的精度PREC；采取何 種交換關(guān)聯(lián)函數(shù)。19 TOC o

29、 1-5 h z HYPERLINK l bookmark71 o Current Document POSCAR 文件8 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document KPOINTS 文件10 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 4 VASP程序的主要輸出文件11 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document OUTCAR 文件11 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document CHG 和 C HGCAR 文件13 HYPERLINK

30、l bookmark12 o Current Document DOSCAR 和 EIGENVA L 文件14其他文件14 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 5參數(shù)設(shè)置與選擇的技巧14 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document ENCUT 14PREC 16 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document EDIFF 和 EDIFFG 16 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document ISTART 和 ICHARG 16 HYP

31、ERLINK l bookmark22 o Current Document GGA 和 V OSKOWN 16 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document ISIF 16 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document ISMEAR 和 SIGMA 17 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document RWIGS 19k點(diǎn)數(shù)目或k-mesh大小的優(yōu)化19 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 6材料基態(tài)性質(zhì)的計(jì)算方法和步驟20單個原子的

32、計(jì)算20結(jié)構(gòu)參數(shù)（晶格常數(shù)和原子位置參數(shù)）的優(yōu)化22簡單的情況22622復(fù)雜的情況23一次型優(yōu)化或全部優(yōu)化25結(jié)合能26自洽的電荷密度26能帶結(jié)構(gòu)28電子態(tài)密度29材料磁性性質(zhì)的計(jì)算30外表體系的計(jì)算31681材料體性質(zhì)的計(jì)算31.2 slab模型的構(gòu)造313外表體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化324外表體系性質(zhì)的計(jì)算337 tools中小程序的說明33murn.f33gk.f 和 pbnd.f34split_dos 和 vp 35另外，在每步計(jì)算完后，要學(xué)會文件（INCAR,KPOINTS,POSCAR,OUTCAR以及其他的與所計(jì) 算的性質(zhì)相關(guān)的文件DOSCAR, EIGENVAL）。比方靜態(tài)計(jì)算完后得到自

33、洽的電荷密 度，可以建立目 錄scf,然后把INCAR, KPOINTS, POSCAR, OUTCAR, CHGCAR, CHG保存 下來，這可以采用下面的 命令來完成：mkdir scftar czvf chg.tgz CHG然后進(jìn)入目錄dos下面用s plit_d os小程序來處理分割D OSCARo6.1單個原子的計(jì)算單個原子的計(jì)算有兩個目的：tar czvf chg.tgz CHG然后進(jìn)入目錄dos下面用s plit_d os小程序來處理分割D OSCARo6.1單個原子的計(jì)算單個原子的計(jì)算有兩個目的： 1）、檢驗(yàn)鷹勢的好壞t 2）、對稱性被破壞后自旋極化情況下的原子基態(tài)能量，對結(jié)合

34、能進(jìn)行修正。20SYSTEM = Al: atomENCUT = 2502122 tcp INCAR KPOINTS POSCAR OUTCAR chg.tgz scf7.提示：由于CHGCAR的文件比擬大，壓縮后保存以減少磁盤空間。當(dāng)要用到時，把chg.tgz解壓 就 可以用了。比方計(jì)算完能帶結(jié)構(gòu)，可以建立目錄band,然后把INCAR, KPOINTS, POSCAR, OUTCAR, EIGENVAL, syml文件保存下來，通過下面的命令來完成：mkdir bandcp INCAR KPOINTS POSCAR OUTCAR EIGENVAL syml band/.然后進(jìn)入到目錄ban

35、d下面用pbnd.x程序來處理EIGENVALo比方計(jì)算電子態(tài)密度，可以建立目錄 dos,然后把 INCAR, KPOINTS, POSCAR, OUTCAR,DOSCAR文件保存下來，通過下面的命令來完成：mkdir doscp INCAR KPOINTS POSCAR OUTCAR DOSCAR dos/.對1）的情況，在VASP的勢庫，由于VASP是商業(yè)化的軟件，這些元素的JW勢都是經(jīng)過檢驗(yàn)過。 一般情況下，只要切斷動能ENCUT足夠大，以及計(jì)算單個原子的原胞的晶格常數(shù)足夠大，得到的能 量值應(yīng)該在ImeVlOmeV之間，也就是VASP計(jì)算得到的單個原子的能量與原子的參考組態(tài)時的能 量之差

36、。在VASP所計(jì)算得到的總能都是扣去了計(jì)算原子的參考組態(tài)時得到的能量，也就是 POTCAR 中 EATOM 的值。以計(jì)算1個A1的情況為例：KPOINTS的內(nèi)容為：Automatic 0Gamma 111 000POSCAR的內(nèi)容為:atom15.00.000001.00000.()()()()().00000.000001.0000()1.00000.00000.0000()Direct 000INCAR的內(nèi)容為:SYSTEM = Al: atomENCUT = 250.00 eVNELMDL = 5emake five delays till charge mixingISMEAR = 0

37、; SIGMA=0.1 !use Gaussian smearing method計(jì)算后得到查看OUTCAR文件中的“energy without entropy之后的能量值。這個值一般要 在lmeV 10meV之間。原胞的大小對所有的元素，取15A是足夠的，對某些元素還可以取的更 小些。對2）的情況，還是以計(jì)算單個原子A1的為例進(jìn)行說明：INCAR文件的內(nèi)容為：ISYM = 0ISPIN = 2! no symmetry! allow for spin polarisationVOSKOWN = 1! this is important, in particular for GGAISMEA

38、R = 0SIGMA = 0.1AMIX = 0.2ISMEAR = 0SIGMA = 0.1AMIX = 0.2Gaussian smearing, otherwise negative occupancies intermid. smearing width mixing set manuallyBMIX = ().0001NELM = 20! 20 electronic stepsICHARG = 1連續(xù)計(jì)算兩次，查看OUTCAR文件中的“energy without entropy”之后的能量值，這個值就是 用來修 正體材料的結(jié)合能的。原胞的大小，與1）情況中的相同。上面INCAR中的

39、內(nèi)容從第3行起后面的 設(shè)置，可以用在計(jì)算其他原子的情況中。6.2結(jié)構(gòu)參數(shù)（晶格常數(shù)和原子位置參數(shù)）的優(yōu)化根據(jù)要優(yōu)化的晶胞參數(shù)的復(fù)雜性可以分為以下幾類：簡單的情況只要優(yōu)化一個參數(shù)即晶格常數(shù)a其步驟如下（以計(jì)算fee結(jié)構(gòu)A1的晶格常數(shù)為例進(jìn)行說明）：準(zhǔn)備好 INCAR,即定義 ENCUT, ISTART = 0, ICHARG = 2, ISMEAR =-5SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 0; ICHARG = 2ISMEAR = -5PREC = Accurate準(zhǔn)備好 KPOINTS, POTCAR (為 USPP, LDA)Automatic gener

40、ation 0Monhkorst-Pack 9990.0 0.0 0.0準(zhǔn)備好POSCAR文件，以晶格常數(shù)實(shí)驗(yàn)值。物為基礎(chǔ)，在右叩左石計(jì)算10個點(diǎn)得到Volume- Etota 1的數(shù)據(jù)。這個可以通過腳本程序run a0來完成#!/bin/shrm WAVECAR3.95 4.00 414.10 4.154.20 4.25 4.30printf12.6fn,$5 printf%12.4fn”,$5for i in 3.80 3.85 3.90docat POSCAR ! Al-fcc$i TOC o 1-5 h z 0.00.50.50.50.00.5().50.50.01Direct0.00

41、.00.0echo a = $i angstromtime vasp“ E=grcp TOTEN“ OUTCAR |tail-l | awk V=6grep ； volume, OUTCAR I tail-1| awk echo $V $E EtVo.datdone得到的EtVo.dat文件，其內(nèi)容如下:13.720()-4.09497614.2700-4.13759014.8300-4.16364315.4100-4.17640316.0000-4.17673116.6100-4.16606717.2300-4.14594217.8700-4.11793718.5200.4.08344819

42、.1900-4.04330019.8800-3.998039其中第一列數(shù)據(jù)是體積，單位為A3,第二列數(shù)據(jù)是能量，單位為eV采用Birch-Murnaghan狀態(tài)方程擬合得到晶格常數(shù)。622復(fù)雜的情況含兩個以上的參數(shù)，比方四角或六角晶系(a,c),正交晶系(a,b,c)；以及含有原子位置參數(shù) 需要 優(yōu)化，步驟為(以計(jì)算六角結(jié)構(gòu)Mg的晶格參數(shù)為例進(jìn)行說明)：以實(shí)驗(yàn)的晶格結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)，做好POSCAR,先確定好ENCUT, k-mesh大小，SIGMA的值，再準(zhǔn)備一個名為INCAR.relax的文件，其內(nèi)容大致如下：SYSTEM = Mg-hexENCUT = 250ISTART = 0; ICH

43、ARG = 2ISMEAR = 1; SIGMA = 0.2NSW = 60; IBRION = 2ISIF = 5POTIM = 0.2EDIFF = IE-5; EDIFFG = -lE-3PREC = Accurate23再準(zhǔn)備一個名為INCAR.static的文件，其內(nèi)容大致如下:SYSTEM = Mg-hexENCUT = 250ISTART = 0; ICHARG = 2ISMEAR = -5PREC = Accurate其中KPOINTS的內(nèi)容如下:Auto generation0Gamma9970.0 0.0 0.0先進(jìn)行一次體積保持不變的離子馳豫的計(jì)算（通過ISIF來設(shè)置，此

44、時ISIF可能的取值為24或5） ISIF的選擇根據(jù)所要優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)的來進(jìn)行選擇，見上一局部對ISIF的說明。其中“改變原胞的形狀”，也就是調(diào)整原胞中c/a和b/a的值。再把優(yōu)化得到的CONTCAR拷貝成POSCAR,進(jìn)行一次靜態(tài)的計(jì)算對a的值取10個左右的點(diǎn)，每個點(diǎn)重復(fù)上面兩步，得到靜態(tài)計(jì)算下的Vohime-Etot關(guān)系。這三步 可以通過運(yùn)行腳本程序run cell來進(jìn)行，其中run cell的內(nèi)容如下：#!/bin/shrm WAVECARfor i in 2.81 2.91 3.01 3.11 3.21 3.31 3.41 3.51 3.61 3.71 do cat POSCAR !M

45、g-hex240.00.8660254037844-1.0().520.0Direct0.66666666666666670.33333333333333330.0().00.01.62305295950.33333333333333330.66666666666666670.7500.250cp INCAR.relax INCARecho a = $i angstrom ” ; time vasp cp CONTCAR POSCAR cp INCAR.static INCARecho a = $i angstrom ； time vasp E=tgrep TOTEN OUTCAR | tai

46、l -1 | awk V=tgrep volume OUTCAR | tail -1 | awkecho $V $E EtVo.datprintf ”12.6f n，$5done4printf n%12.4f nM, $5在run_cel 1運(yùn)行完后，得至U EtVo.dat文件。采用狀態(tài)方程擬合得到平衡狀態(tài)下的體積，體彈性模量在該體積下，重復(fù)上面第2和第3步，得到平衡狀態(tài)下的其他晶胞參數(shù)。這一步也就是：在得到 了 E(V)曲線后，通過狀態(tài)方程擬合得到平衡狀態(tài)下的體積，計(jì)算出上面腳本中變量映的值，并 改變$i的循環(huán)值，再運(yùn)行ruAcel 1計(jì)算一次，得到其他的結(jié)構(gòu)參數(shù)C和位置s6.2.3 一次

47、型優(yōu)化或全部優(yōu)化另外一種方法就是對體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行一次性型的計(jì)算(這種方法一般是用來估計(jì)的，計(jì)算得到 較合理，但是精度不高)。這通過設(shè)置ISIF來進(jìn)行的。還是以計(jì)算六角結(jié)構(gòu)Mg為例：計(jì)算時的INCAR 文件為：SYSTEM = Mg-hexENCUT = 250ISTART = 0; ICHARG = 2ISMEAR = 1; SIGMA = 0.2NSW = 60; IBRION = 2ISIF = 3POTIM = 0.2EDIFF = 1E-6; EDIFFG = -lE-3PREC = Accurate注釋：此時可以把EDIFF和EDIFFG的精度提高一些以得到更準(zhǔn)確的晶格參數(shù)。KP

48、OINTS與前面的 相同。POSCAR的內(nèi)容為：25Mg-hex3.210.00.86602540378440.02Direct0.66666666666666670.3333333333333333-1.00.50.()0.00.01.62305295950.33333333333333330.66666666666666670.7500.250最后計(jì)算完后，得到的CONTCAR文件就包含優(yōu)化后的晶格參數(shù)。這樣也可以比擬采用這兩種 方法得 到的晶格參數(shù)究竟差多少。結(jié)合能VASP計(jì)算得到的總能已經(jīng)減去了在以原子參考組態(tài)計(jì)算得到的原子能量（也就是構(gòu)造震 勢時， 得到的總能，對應(yīng)于POTCAR文件

49、中的EATOM）。要得到準(zhǔn)確的結(jié)合能，還需減去前面 單個原子計(jì) 算中的第2）種情況計(jì)算得到的修正值。自洽的電荷密度再優(yōu)化得到了晶胞參數(shù)后，進(jìn)行靜態(tài)的計(jì)算就可以得到自洽的電荷密度，并要保存下來，在后面計(jì) 算其他的性質(zhì)時要用到；另外也可以根據(jù)它畫出面電荷密度圖，分析原子間的鍵合作用。步驟為（并以 計(jì)算fee結(jié)構(gòu)A1為例進(jìn)行說明）：準(zhǔn)備好 INCAR,即定義 ENCUT, ISTART=Q, ICHARG=2, ISMEAR=-5SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 0; ICHARG = 2ISMEAR = -5PREC = Accurate準(zhǔn)備好 KPOINTS

50、和 POTCARAutomatic generation 0Monhkorst-Pack9990.0 0.0 0.0（這個是KPOINTS文件中的內(nèi)容）準(zhǔn)備好POSCAR文件或以優(yōu)化的晶格參數(shù)作為基礎(chǔ)，把優(yōu)化得到的CONTCAR拷貝成POSCARo26Al-fcc3.975 TOC o 1-5 h z 0.0 0.00.50.5 0.5 ().01Direct0.00.00.0提交運(yùn)行：用命令nohup time vasp &當(dāng)計(jì)算完成后，保存CHGCAR和CHG：用命令tar czvf chg.tgz CHG*用命令 cp CHGCARrho.vasp,并僅在 rho.vasp文件中第一行后

51、加入_Pl_charge/xxx /, /x x x/按POSCAR文件中每類原子的名稱給寫出。然后用VENUS軟件翻開rho.vasp文 件，進(jìn)行 面電荷密度的分析。Al-fcc_P 1 _charge / Al /3.975000000000000.0000000.5000000.50000()0.5000000.0000000.50()0000.5000000.500000O.OOOOOODirect0.000000 0.000000 0.000000282828能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算材料的能帶結(jié)構(gòu)即色散曲線E(k),步驟為(并以計(jì)算fee結(jié)構(gòu)A1的能帶結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說 明)：根據(jù)特殊k點(diǎn)的走向，選

52、取特殊k點(diǎn)及特殊k點(diǎn)間的分割點(diǎn)數(shù)，準(zhǔn)備好產(chǎn)生k點(diǎn)的輸入文件 syml276!特殊k點(diǎn)的個數(shù)220 20 1020!特殊k點(diǎn)間的分割點(diǎn)數(shù)X ().50.()().5!特殊k點(diǎn)的坐標(biāo)，相對于倒格子矢量G 0.00.00.0L 0.50.50.5W0.50.250.75K 0.3750.3750.75G 0.00.00.()!下面三行，前三列是正格子基矢，后三列是倒格子基矢0.000000000 1.9875000001.987500000-0.251572327 0.2515723270.2515723271.987500000 0.OOOOOOOOO1.98750000()0.251572327

53、 -0.2515723270.2515723271.9875()()000 1.987500()0()().()()()(X)()()()()0.251572327 0.251572327-0.251572327!在畫能帶結(jié)構(gòu)時，每個特殊k點(diǎn)所對應(yīng)的豎線的能量范圍 !費(fèi)米能級-20.0 15.07. 068339用程序gk.x產(chǎn)生k點(diǎn)，得至IJKPOINTS文件。注釋:程序gk.x是由gk.f文件編譯后得到的目標(biāo)文件，其輸入文件為syml,輸出文件為KPOINTS, inp.kpto緊接著利用前面計(jì)算得到的自洽電荷密度作一次非自洽的計(jì)算。采用命令解壓保存的電荷密度文 件 chg.tgz： ta

54、r xzvfchg.tgz 另外設(shè)置 ISTART=1, ICHARG=11,并增力口 NBANDS 的值，ISMEAR 采用默認(rèn)值SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 1;ICHARG= 11#ISMEAR = -5NBANDS = 12PREC = Accurate計(jì)算完后得到本征值文件EIGENVALo注意：對于4.4系列版本，在計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)時設(shè)置NBANDS的值應(yīng)該與計(jì)算自洽的電荷密 度時設(shè)置的NBADS一致。對4.5以上版本，可以不一致。從自洽電荷密度計(jì)算得到的OUTCAR文件中找到倒格子矢量和費(fèi)米能級，并粘貼到syml文 件 中，然后用程序pbnd.

55、x把EIGENVAL轉(zhuǎn)換為成bnd.dat （本征值，并以費(fèi)米能級為參考零 點(diǎn)） 和highk.dat （用來畫豎線），然后用軟件origin畫圖。注釋：程序pbnf.x是通過編譯pbnd.f得到的可執(zhí)行文件，其輸入文件為EIGENVAL和 syml,輸出文件為BANDS、bnd.dat和highk.dat。pbnd.f可以處理自旋極化情況下計(jì)算得到 的 EIGENVAL,不再輸出bnd.dat而是upbnd.dat和dnbnd.dat這兩個文件，分別對應(yīng)自旋向 上和向 下的能帶。提示：在計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)時，采用ISMEAR=0或1對結(jié)果的影響非常小，可以認(rèn)為是一樣 的。但是不能采用ISMEAR

56、=-5或-4。28電子態(tài)密度計(jì)算材料的電子態(tài)密度可以包括總態(tài)密度和分波態(tài)密度，步驟為（以計(jì)算fee結(jié)構(gòu)A1的態(tài)密度 為例子進(jìn)行說明）：準(zhǔn)備好KPOINTS文件，增加k點(diǎn)網(wǎng)格Automatic generation 0Mohkorst-Pack1919190.0 0.0 0.0從POTCAR文件中找到各類原子的RWIGS （vi編輯POTCAR,并用命令g/RWIGS）準(zhǔn)備好 INCAR 文件（設(shè)置 ISTART=1, ICHARG=11, ISMEAR-5 以及 RWIGS）SYSTEM = Al-fccENCUT = 250ISTART = 1; ICHARG = 11ISMEAR = -5

57、RWIGS = 1.402PREC = Accurate利用前面計(jì)算得到的自洽電荷密度，進(jìn)行一次非自洽計(jì)算tar xzvf chg.tbz nohup time vasp&計(jì)算完后，得到包含了態(tài)密度值的DOSCAR文件，采用splijdos對態(tài)密度文件DOSCAR進(jìn)行分割，得到總態(tài)密度DOSO,各個原子的分波態(tài) 密度 DOSLDOS2。另外在運(yùn)行split_dos程序?qū)OSCAR文件分割時，要保證當(dāng)前目 錄下有對應(yīng) 的 OUTCAR 和 POSCAR 文件。分割后的DOSO, DOS1等文件的能量值是以費(fèi)米能級作為能量參考零點(diǎn)。DOSO的第一列數(shù)據(jù) 是能量值，單位為eV；第二列數(shù)據(jù)是總態(tài)密度

58、的值，單.位State/eV.unitcell；第三列數(shù)據(jù)是總態(tài)密度 的積分值，也就是電子數(shù)，單位為electrons。DOS1是第一個原子的分波態(tài)密度 值，其中的第一列數(shù) 據(jù)是能量值，單位為eV；第二、三、四列數(shù)據(jù)分別對應(yīng)于s、p、d態(tài)的分波 態(tài)密度值，單位為 State/eV.atomo其他的DOS文件與DOS1類似。6.7材料磁性性質(zhì)的計(jì)算磁性的計(jì)算，其實(shí)與非磁性的計(jì)算相比，就只需在INCAR中加入ISPIN = 2以及設(shè)置各類原子的291 VASP軟件包的簡單介紹VASP是Vienna Ab-inito Simulation Package的縮寫，它是基于密度泛函理論下并利用平 面波潢

59、勢方法 進(jìn)行從頭分子動力學(xué)和第一原理電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的軟件包，是目前材料模擬和計(jì)算物質(zhì)科學(xué)研究中非常流行 的商用軟件之一。與Car-Parrinello分子動力學(xué)（MD）不同的是 它在每個MD的時間步長內(nèi)精確求解體系的 瞬時基態(tài)。在精確計(jì)算原子所受的力和體系的應(yīng) 力張量后對原子的位置進(jìn)行遲豫使之到達(dá)瞬時基態(tài)。對離 了實(shí)和價電子之間的相互作用采 用Vanderbilt超軟）H勢（ultra-soft Vanderbilt pseudopotentials, US-PP）或綴加投影波方法（projector- augmented wave method, PAW）來描述，因此在處理含過渡金屬元 素或周

60、期表中第一排元素的體系時能大大減少計(jì)算所需要的平面波數(shù)目。個人認(rèn)為,VASP與同類的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件相比而具有的最大優(yōu)點(diǎn)在于：它提供了周期表中幾乎全部元素的勢，這些勢并經(jīng)過仔細(xì)的測試；也就是具有可用性非常高的 勢庫。實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化算法（RMM-DISS, blocked Davidson和共軸梯度法）的效率高且穩(wěn)定性好。雖然沒有圖形界面，但是使用文檔詳細(xì)，入門快。所支持的計(jì)算機(jī)平臺（單機(jī)、計(jì)算集群、超級標(biāo)量計(jì)算機(jī)和超級向量計(jì)算機(jī)）非常廣泛，幾乎在所有 架構(gòu)（Intel的Pentium系列、Athlon系列的CPU、DEC的Alpha機(jī)等等）的計(jì)算機(jī)器 上都有非常高 的運(yùn)行效率。VASP軟件包也具有