第一性原理6vasp輸入文件設(shè)置

VASP輸入文件設(shè)置haidi@USTC本節(jié)內(nèi)容輸入文件

輸出文件參數(shù)測試輸入文件VASP的主要輸入文件有INCAR,POTCAR,POSCAR和KPOINTSINCAR文件控制了vasp進行何種性質(zhì)的計算POTCAR文件包含了體系中各類元素的贗勢，POSCAR文件描述了所計算的體系的晶胞參數(shù)(晶格矢量+原子位置)KPOINTS描述了不可約布里淵區(qū)中k點取樣，即k點設(shè)置。輸入文件-INCAR1.初始參數(shù)：ISTART決定是否讀取WAVECAR文件ISTART=0開始新的計算，有INIWAV決定初始軌道ISTART=1/2讀取波函數(shù)ISTART=1讀取波函數(shù)，并且根據(jù)POSCAR/cut-off重新設(shè)置（用于cutoff收斂性測試）ISTART=2直接讀取波函數(shù)，不做調(diào)整ICHARG決定如何構(gòu)建初始電荷密度0由初始軌道計算1讀取或者外延CHGCAR2從原子電荷密度疊加4從POTCAR讀取勢函數(shù)（很少用）11從CHGCAR文件讀取，并且保持不變（band/dos計算）如何設(shè)置初始軌道0：jelliumorbitals1：隨機產(chǎn)生（默認）輸入文件-INCAR2.電子優(yōu)化：平面波切斷動能和綴加電荷時的切斷值,計算精度：ENCUT，PREC

電子部分優(yōu)化的方法：ALGO,IALGO,LDIAG電荷密度混合的方法：IMIX,AMIX,AMIN,BMIX,AMIX_MAG,BMIX_MAG,WC,INIMIX,MIXPRE,MAXMIX自洽迭代步數(shù)和收斂標(biāo)準：NELM,NELMIN,NELMDL,EDIFF

NELM：電子迭代最大步數(shù)，默認60。如果超過60沒有收斂，推薦對IALGO，LDIAG和混合參數(shù)調(diào)整

EDIFF：電子迭代收斂標(biāo)準，默認1E-4，上次和當(dāng)前兩次迭代中總能和本征值的變化都小于EDIFF，則電子結(jié)構(gòu)部分迭代循環(huán)停止。ENCUT:平面波的切斷動能。采用默認值還是手動的輸入。推薦的做法是采用后者，在任何性質(zhì)的計算之前，進行ENCUT收斂情況的計算，由此來確定一個合適的切斷動能值，然后手動地設(shè)置。（后面講具體測試）ALGO:電子優(yōu)化算法

a.Normal:IALGO=38(blockedDavidson方法）b.VeryFast:IALGO=48(RMM-DIIS方法）c.Fast:混合以上兩種

輸入文件-INCARPREC控制計算精度參數(shù)，決定ENCUT、FFT網(wǎng)格大小、和ROPT的默認值。可能的取值為Low,Medium,High,Normal,Accurate。當(dāng)要提高力和Stresstensor的計算精度時，可以采用High或Accurate，并手動設(shè)置ENCUT的值。計算電荷密度時可以設(shè)置為High，使得曲面平滑計算聲子時需要設(shè)置為Accutace，并且ADDGRID=T2.電子優(yōu)化：輸入文件-INCAR離子如何移動以及步長和步數(shù)：IBRION,NFREE,POTIM,NSW分子動力學(xué)相關(guān)參數(shù)：SMASS,TEBEG,TEEND,POMASS,NBLOCK,KBLOCK,PSTRESS3.離子優(yōu)化：IBRION決定離子位置如何更新0：用于分子動力學(xué)1：準牛頓法（初始構(gòu)型解決平衡位置）2：共軛梯度法（初始構(gòu)型偏離平衡位置）3：阻尼分子動力學(xué)（初始構(gòu)型非常粗糙）5/6：計算Hessianmatrix（有限差分方法）

和Gamma點振動頻率7/8:計算Hessianmatrix（密度泛函微擾理論）44：過渡態(tài)優(yōu)化（很少用）注意：需要配合POTIM參數(shù)輸入文件-INCAR3.離子優(yōu)化：EDIFFG：控制離子部分的馳豫，當(dāng)離子馳豫在上步和當(dāng)前步中的總能變化小于EDIFFG，則離子馳豫停止。其默認值為EDIFF*10。注意：只有EDIFFG為負數(shù)，(推薦設(shè)置-0.02eV/Ang左右)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，則表示離子馳豫NSW步后就停止。EDIFFG在分子動力學(xué)中也不起作用。NSW：離子步最大步數(shù)，默認0.POTIM:當(dāng)IBRION=1,2或者3是，是一個力的縮放常量（相當(dāng)于確定原子一定步長），分子動力學(xué)時為時間步長，越小越精確。PSTRESS：施加在體系上的力，單位kbar輸入文件-INCAR3.離子優(yōu)化：ISIF是用來控制結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。當(dāng)IBRION=0時，其默認值為0，其他情況下為2。ISIF可能的取值以及相應(yīng)的意思為：輸入文件-INCAR4.分子動力學(xué)：SMASS：確定分子動力學(xué)中的原子速度，默認-3

-3：微正則系宗（總自由能守恒）

-2：保持初始速度不變，計算體系總能量隨著原子位置的變化

-1：在沒NBLOCK步后對初始速度進行縮放0或>0:正則系宗，對溫度進行Nose調(diào)控TEBEG：分子動力學(xué)模擬的初始溫度TEEND：末態(tài)溫度

輸入文件-INCAR5.態(tài)密度積分和參數(shù)：Searing方法和參數(shù)：ISMEAR，SIGMA態(tài)密度度能量窗口和點數(shù)：EMIN，EMAX，NEDOS計算分波態(tài)密度:LORBIT輸入文件-INCARSMEAR和SIGMAISMEAR用來確定如何或用何種方法來設(shè)置每個波函數(shù)的部分占有數(shù)fnk。在采用有限溫度方法設(shè)置fnk時，smearing方法中的smearing寬度σ。它們的默認值分別為ISMEAR=1,SIGMA=0.2?？赡艿娜≈禐?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Bl?chl修正的四面體方法。ISMEAR=-4，表示采用四面體方法，但是沒有Bl?chl修正。ISMEAR=-1，表示采用Fermi-Diracsmearing方法。ISMEAR=0，表示采用Gaussiansmearing方法。ISMEAR=N，表示采用Methfessel-Paxtonsmearing方法，其中N是表示此方法中的階數(shù)5.態(tài)密度積分和參數(shù)：輸入文件-INCARISMEAR選擇一般情況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：進行任何的靜態(tài)計算或態(tài)密度計算，且k點數(shù)目大于4時，取ISMEAR=-5；當(dāng)由于原胞較大而k點數(shù)目較少（小于4個）時，取ISMEAR=0，并設(shè)置一個合適的SIGMA值。對半導(dǎo)體或絕緣體的計算（不論是靜態(tài)還是結(jié)構(gòu)優(yōu)化），取ISMEAR=-5；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。在進行能帶結(jié)構(gòu)計算時，ISMEAR和SIGMA用默認值就好。一般說來，無論是對何種體系，進行何種性質(zhì)的計算，采用ISMEAR=0，并選擇一個合適的SIGMA值都能得到合理的結(jié)果。Sigma參數(shù)需要測試（后面講解）5.態(tài)密度積分和參數(shù)：投影態(tài)密度5.態(tài)密度積分和參數(shù)：輸入文件-INCAR6.其它參數(shù)：輸入文件-INCAR6.其它參數(shù)：輸入文件-INCAR6.其它參數(shù)：輸入文件-INCAR輸入文件-INCAR關(guān)鍵參數(shù):輸入文件-INCAR模板輸入文件-INCAR模板輸入文件-INCAR模板輸入文件-INCAR模板輸入文件-INCAR最小設(shè)置PREC:ControlstheoverallprecisionofthecalculationENCUT:Controlstheno.ofplanewavesinthebasissetLREAL:useofreciprocal/realspace輸入文件-INCAR輸入文件#體系描述#精度控制#自旋標(biāo)簽，1表示不開自旋#截斷能

#電子步步數(shù)#能量收斂精度#計算非局域贗勢時需要的數(shù)學(xué)處理方法#電子迭代最小化方法#力收斂標(biāo)注#離子步步數(shù)#離子優(yōu)化算法#是否變胞#積分方法#展寬#輸出波函數(shù)#輸出電荷密度#輸出冗長程度#并行參數(shù)輸入文件-POTCAR贗勢文件是一種標(biāo)準數(shù)據(jù)庫文件，也可以自己產(chǎn)生（需要測試）。贗勢庫中贗勢文件可以進行如下分類：

根據(jù)方法不同有Ultra-soft贗勢(USPP)和投影綴加波的贗勢(PAW)根據(jù)交換關(guān)聯(lián)函數(shù)的不同有LDA和GGA(又可以再分為PW91和PBE)根據(jù)處理了半芯態(tài)有A,A_sv和A_pv的不同根據(jù)ENMAX的大小有A,A_s和A_h的不同輸入文件-POTCAR根據(jù)贗勢文件的格式用相應(yīng)的命令把各元素的贗勢合并到一個文件POTCAR中:a)是以Z為擴展名的文件，用命令：zcatA/POTCAR.ZB/POTCAR.z>>POTCARb)是解壓后的文件POTCAR，用命令：catA/POTCARB/POCAR>>POTCAR注意：AB贗勢的順序和POSCAR里面元素順序必須一致在處理磁性材料，所計算的體系含有堿金屬、堿土金屬、周期表左邊的3d過渡元素、鑭系和錒系元素時，強烈推薦用PAW勢，計算精度有提高。在采用超越贗勢(USPP)時，使用PW91的GGA時，強烈要求把VOSKOWN=1給選上。在采用PAW勢時，一般推薦用LDA和PBE的。輸入文件-POTCAR注釋：X_d表示的是，d電子作為半芯態(tài)來處理的。為了得到較高的計算精度，一般推薦采用X_d的贗勢。X_h表示該勢比較硬，也是切斷動能要用的很大，它們一般是用含有這類原子的氧化物的計算中，為了提高計算的精度。其中Si_h一般用在含Si的沸石材料中。輸入文件-POTCAR注釋：這些元素一般很難贗化的，特別是與電負性很強的元素（比如F）結(jié)合時，計算的誤差都比較大。X_sv表示把s電子作為半芯態(tài)處理，X_pv考慮把p電子作為半芯態(tài)來處理。輸入文件-POTCAR選擇使用X_pv、X_sv還是X的贗勢，一個與你要得到的計算精度有關(guān)，另外對這些元素在選擇要注意些：3d元素，一般選用X_pv，但是X的贗勢也是能給出比較合理的結(jié)果。4d元素，是最有問題的，強烈推薦用X_sv和X_pv的贗勢。5d元素，由于5p電子局域化很強，從Hf元素開始，可以選用X的贗勢，推薦選用不同的贗勢，進行test一下，然后選用合適的贗勢。輸入文件-POTCAR贗勢類型XCfunctionisPBE默認截斷能輸入文件-POSCARPOSCAR:描述所計算體系的晶胞參數(shù),原子個數(shù)及晶胞中原子的位置，以及分子動力學(xué)計算時離子的初始速度(不常用)。晶格矢量元素名稱對應(yīng)原子個數(shù)分數(shù)坐標(biāo)/C表示笛卡爾坐標(biāo)5個原子對應(yīng)的分數(shù)坐標(biāo)縮放系數(shù)輸入文件-POSCART表示移動F表示固定輸入文件-POSCARPOSCAR文件獲?。篗S.cif.vasp(VESTA軟件)MS.cellPOSCAR（cell2poscar）.cifPOSCAR(pythoncif2cellprogram)說明：第一種方法適合少數(shù)文件轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程可視化

第二種方式適合批量.cell文件轉(zhuǎn)換為POSCAR格式，不可視(運行cell2poscar,輸入文件說明字符即可)

輸入文件-KPOINTSKPOINTS設(shè)置布里淵區(qū)k點網(wǎng)格取樣大小或能帶結(jié)構(gòu)計算時沿高對稱方向的k點k-pointsalonghighsymmetrylines!注釋行，無特別的意義11!沿G-X特殊點之間11個k點Reciprocal!各k點相對于倒格子基矢來寫的0.000.000.001.00!k點的坐標(biāo)和相應(yīng)的權(quán)重0.050.000.051.00…….0.500.000.501.00a）手動輸入輸入文件-KPOINTSb)Line-mode：計算能帶k-pointsalonghighsymmetrylines!注釋行，無特別的意義10!沿G-X特殊點之間產(chǎn)生10個k點Line-mode!程序自動產(chǎn)生特殊k點間的k點Reciprocal!各k點相對于倒格子基矢來寫的0.000.000.00!Gamma0.500.000.50!X輸入文件-KPOINTSc)程序自動產(chǎn)生k點：最常用的，定義網(wǎng)格取樣大小Automaticgeneration!注釋行0!自動產(chǎn)生k點，這一行必須設(shè)為0Monhkorst-Pack!Monhkorst-Pack方法產(chǎn)生k點999!在各個基矢方向上分割各基矢的點數(shù)0.00.00.0!是否移動網(wǎng)格點以及移動多少Automaticgeneration!注釋行0!自動產(chǎn)生k點，這一行必須設(shè)為0Gamma!明確定義以Gamma點為中心,根據(jù)M-P方法產(chǎn)生k點997一般各基矢方向上的分割數(shù)為奇數(shù)，使得產(chǎn)生的k點是以Gamma點為中心的。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Gammacentered網(wǎng)格輸入文件-KPOINTSKPOINTS產(chǎn)生：手動輸入vaspkitheadPOSCAR;grep--color=autoVRHFINPOTCAR;catKPOINTSk-pointgridshouldbeinverselypropotionaltotheratiooflatticevectors(elseitwillgiverisetoerrors)–E.g.Ifthelatticevectorsarea1=3a2=9a3=21thenk-pointgridshouldbe7:3:1ratio輸入文件-KPOINTS輸出文件VASP的輸出文件主要有OUTCAR,CHG,CHGCAR,WAVECAR,DOSCAR,EIGENVAL,OSZICAR,CONTCAR,PCDAT,IBZKPT,XDATCAR。1、OUTCAROUTCAR文件包含了vasp計算后得到的絕大部分結(jié)果，每步迭代的詳細情況。輸出文件OUTCAR輸出文件OUTCAR輸出文件a)查看所計算體系的體積，使用下面的命令grep‘volume’OUTCAR得到的結(jié)果如下第一行給出體系的體積分別以?3/atom,a.u.3/atom為單位給出的。第二，三行給出體系的體積是以?3/unitcell為單位給出的。輸出文件b)查看所計算體系的總能，使用下面的命令當(dāng)ISMEAR=-5時，F(xiàn)reeenergyTOTEN是與energywithoutentropy是相等，則用grep‘TOTEN’OUTCAR|tail-1得到結(jié)果如下當(dāng)ISMEAR等于其他的值時，F(xiàn)reeenergyTOTEN是與energywithoutentropy是不相等，則用grep‘entropy=’OUTCAR得到結(jié)果如下在計算體系的結(jié)合能時，體系的總能取為energywithoutentropy后面的值。輸出文件LDAPBESqurarerectanglerectangleE-0.89524362-0.89617101-1.11650641Eatom12.1293420512.1293420512.48389771EH=-13.02458567-13.02551306-13.60040412關(guān)于vasp能量說明：

在VASP中，所有的能量是相對于產(chǎn)生贗勢的組態(tài)來說的，所以并不能將計算得到的能量當(dāng)成真正的原子的基態(tài)能量。計算單個H原子能量，需要ISPIN=2ISMEAR=0sigma=0.05選用非正方形盒子G.Kresse,PRB62,8295(2000)如果要計算H2的解離能：EH2=-6.76667406eVE_binding=-(E(H2)-2*E(H))=4.53367eV

計算得到H-H鍵長0.750Ang略大于實驗0.741Ang輸出文件關(guān)于能量的補充說明：Vasp的能量是將孤立原子的能量作為能量參考點Vasp得到的能量為固體內(nèi)能自由能與內(nèi)能之間的關(guān)系F=U-TS，VASP的計算都是在T=0K下的，所以有F=U（a）當(dāng)用ISMEAR=-5時，費米能處沒有展寬，它算出來的就是完全在絕對0度的能量。FreeenergyTOTEN=energywithoutentropy恒成立。

（b）有時為了在數(shù)學(xué)上處理的方便，為了更容易積分，我們也用ISMEAR！=-5的方法，這個時候費米能處有一定的展寬。此時，我們?nèi)菀紫氲?，有展寬不就是相?dāng)有一定的熵值嗎？所以這個時候雖然算的是絕對0度的情況，但是有一定的熵值（數(shù)學(xué)誤差）

(c)SMEAR！=-5時FreeenergyTOTEN和energywithoutentropy有一定的差別。此時energywithoutentropy是FreeenergyTOTEN在SIGMA趨于0的極限。

輸出文件c)查看所計算體系的費米能級，使用下面的命令grepfermiOUTCAR|tail-1注釋：對半導(dǎo)體的體系，VASP取價帶頂作為費米能級。對呈現(xiàn)金屬性的體系，費米能級就是該體系的真實（具有物理意義的）費米能級。輸出文件2、CHG和CHGCAR