VASP的输入输出文件课件

VASPVASP的输入输出文件的输入输出文件侯侯 柱柱 锋锋复旦大学物理系复旦大学物理系2005,12,3北京，宏剑VASP的输入输出文件侯 柱 锋2005,12,3Hou Zhufeng2内容(1)输入文件输入文件INCAR:计算控制参数文件计算控制参数文件POSCAR:描述体系结构的文件描述体系结构的文件KPOINTS:k点取样设置文件点取样设置文件POTCAR:赝势文件赝势文件输出文件输出文件OUTCAR:最主要的输出文件最主要的输出文件DOSCAR:电子态密度文件电子态密度文件EIGENVAL:本征值文件本征值文件OSZICAR:每次迭代或原子迟豫每次迭代或原子迟豫(或或MD)的信息的信息CHG和和CHGCAR:电荷密度文件电荷密度文件WAVECAR:波函数文件波函数文件Hou Zhufeng2内容(1)输入文件3内容(2)输出文件输出文件(续续)CONTCAR:原子迟豫或原子迟豫或MD后的体系结构文件后的体系结构文件IBZKPT:布里渊区中的布里渊区中的k点点PCDAT:对关联函数对关联函数XDATCAR:在在MD时时,原子位置变化的跟踪文件原子位置变化的跟踪文件PROCAR和和PROOUT:波函数投影或分解的文件波函数投影或分解的文件LOCPOT:总的局域势总的局域势ELFCAR:电子局域函数电子局域函数3内容(2)输出文件(续)4输入文件输入文件4输入文件5INCAR(1)设置计算的精度设置是做什么计算设置交换关联函数设置优化的算法和收敛标准设置MD的步长、温度、时间设置每个波函数或电子的占有数(也就是 smearing方法及相关的参数)等等自由格式共100多个关键词，一般都有合适的默认值。通常需设置的有10个左右。即使INCAR文件无任何内容也可以进行计算。5INCAR(1)设置计算的精度6INCAR(2)：例子静态计算静态计算(计算总能和自洽的电荷密度计算总能和自洽的电荷密度)懒：删掉计算目录下的懒：删掉计算目录下的WAVECAR，INCAR中不作任何设置中不作任何设置推荐：自己手动设置推荐：自己手动设置ENCUT,TITLE,ISTART,ICHARG,ISMEAR,EDIFF,PREC等等SYSTEM=SiliconENCUT=350ISTART=0ICHARG=2ISMEAR=-5EDIFF=1E-5PREC=Accurate设置标题，以说明所计算的体系设置标题，以说明所计算的体系设置平面波切断动能设置平面波切断动能(不采用默认值不采用默认值)说明这次计算是一次全新的计算说明这次计算是一次全新的计算按体系中的原子构造初始的原子密度按体系中的原子构造初始的原子密度采用四面体方法采用四面体方法电子迭代的收敛标准是电子迭代的收敛标准是1E-5精度为精度为Accurate可以在一行设置多个关键词的值，但是每个关键值之间用分号可以在一行设置多个关键词的值，但是每个关键值之间用分号(;)隔开。如隔开。如ISMEAR=0;SIGMA=0.2。当想不用当想不用INCAR中某个关键词的值时，在该行前面加上井号中某个关键词的值时，在该行前面加上井号(#)注释掉，注释掉，如如#ISMEAR=0;SIGMA=0.26INCAR(2)：例子静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)7POSCAR(1)描述了体系的结构文件:原(或晶)胞的基矢,原子的位置,原子是否移动，原子的初始速度等)分数坐标和卡笛尔坐标Cubic SiC3.570.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 1 1Direct 0.00 0.00 0.000.25 0.25 0.25例子例子:Cubic SiC3.570.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 1 1Cartesian 0.00 0.00 0.000.25 0.25 0.25设置体系的名称设置体系的名称晶格常数或缩放系数晶格常数或缩放系数原原(或晶或晶)胞的基矢胞的基矢每类原子的个数每类原子的个数确定按何种坐标来写原子位置确定按何种坐标来写原子位置第一类原子的第一个坐标第一类原子的第一个坐标第二类原子的第一坐标第二类原子的第一坐标第七行以字母第七行以字母D开头表示下面的是分数坐标，如果是以开头表示下面的是分数坐标，如果是以C或或K开头表示下面的坐标开头表示下面的坐标是卡笛尔坐标。是卡笛尔坐标。7POSCAR(1)描述了体系的结构文件:原(或晶)胞的基8POSCAR(2)对原子位置进行选择性的迟豫(Selective dynamic)Cubic SiC3.570.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 1 1Selective dynamicDirect 0.000 0.000 0.000 F F F0.248 0.248 0.248 T T T例子例子:表示对体系中的原子进行限制性的迟豫表示对体系中的原子进行限制性的迟豫或优化，这一行以字母或优化，这一行以字母S开头。开头。如何写出具有复杂结构的晶体的如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：a)查到该晶体的晶格常数、空间群和查到该晶体的晶格常数、空间群和乌科夫乌科夫(Wyckoff)坐标坐标;b)用用Material Studio中中Crystal builder或其他的晶体学软件或其他的晶体学软件画出晶体，并得到各个原子的坐标画出晶体，并得到各个原子的坐标;或或c)根据空间群国际表写出各等价位置根据空间群国际表写出各等价位置;d)晶体晶体数据库数据库固定第一类原子的位置，固定第一类原子的位置，对第二类原子的位置进行优化对第二类原子的位置进行优化8POSCAR(2)对原子位置进行选择性的迟豫(Select9KPOINTS(1)设置布里渊区k点取样或k点的坐标,计算能带时k点的高对称线设置方式:手动输入所有的k点，按Monkhorst-Pack方法自动产生格式：普通，四面体，M-P网格，Line模式卡笛尔坐标系和倒格子坐标系9KPOINTS(1)设置布里渊区k点取样或k点的坐标,计算10KPOINTS(2)按普通格式手动输入各个按普通格式手动输入各个k点点(推荐用在计算能带时推荐用在计算能带时)k-points entered manually5Reciprocal 0.500 0.000 0.500 1.00 0.475 0.000 0.475 1.00 0.450 0.000 0.450 1.00 0.425 0.000 0.425 1.00 0.400 0.000 0.400 1.00标题或注释行，无特别意义标题或注释行，无特别意义K点的数目点的数目以字母以字母R开头表示开头表示k点是按倒格子坐标系点是按倒格子坐标系前三个数是前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应点的坐标，最后一个数是相应k点的权重点的权重(下面共下面共5个个k点点)如果是以卡笛尔坐标系来写k点坐标，则第三行以字母C开头。按四面体格式手动输入各个按四面体格式手动输入各个k点点(复杂，不推荐用复杂，不推荐用)Example file 4 Cartesian 0.0 0.0 0.0 1.0.0 0.0 0.5 1.0.0 0.5 0.5 2.0.5 0.5 0.5 4.Tetrahedra 1 0.183333333333333 6 1 2 3 4 标题或注释行，无特别意义K点的数目以字母C开头表示k点是按卡笛尔坐标系前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应k点的坐标(下面共4个k点)当smearing方面采用的是四面体方法时，以字母T开头表示下面的是描述各个四面体的信息四面体的个数，每个四面体的体积权重每个四面体顶角的权重，每个四面体顶角k点坐标的序号当当Smearing时不采用四面体方法，则时不采用四面体方法，则Tetrahedra后面的内容不起作用后面的内容不起作用10KPOINTS(2)按普通格式手动输入各个k点(推荐用在11KPOINTS(2)按按Line模式手动输入各个高对称模式手动输入各个高对称k点点(用在计算能带中，用在计算能带中，4.6以上版本支持以上版本支持)k along high symmetry lines 10 Line-mode Rec 0.00 0.00 0.00 !gamma 0.50 0.50 0.00 !X0.50 0.50 0.00 !X 0.50 0.75 0.25 !W0.50 0.75 0.25 !W 0.00 0.00 0.00 !gamma 标题或注释行，无特别意义标题或注释行，无特别意义每对高对称点之间产生每对高对称点之间产生10个个k点点以字母以字母L开头表示按开头表示按line模式产生模式产生k点点以字母以字母R开头表示开头表示k点按倒格子坐标系点按倒格子坐标系每对高对称点的坐标。（共三对，表明沿着每对高对称点的坐标。（共三对，表明沿着Gamma X W Gamma计算能带）计算能带）如果是以卡笛尔坐标系来写k点坐标，则第四行以字母C开头。写出各种布拉菲格子对应的倒格子中的高对称点标记和坐标：写出各种布拉菲格子对应的倒格子中的高对称点标记和坐标：a)查空间群查空间群国际表国际表;b)用用xcrysden软件画出布里渊区，并选取高对称点。软件画出布里渊区，并选取高对称点。11KPOINTS(2)按Line模式手动输入各个高对称k点12KPOINTS(3)按按Monkhorst-Pack网格方法自动产生k点Automatic mesh0Auto10 标题或注释行，无特别意义标题或注释行，无特别意义0表示自动产生表示自动产生k点点以字母以字母A开头表示完全自动以开头表示完全自动以点为中心产生点为中心产生k点点长度，间接确定了沿倒格子各方向上网格点的数目长度，间接确定了沿倒格子各方向上网格点的数目 完全自动的方式(1)Automatic mesh0Gamma1010 10 0.0 0.0 0.0 完全自动的方式(2)标题或注释行，无特别意义标题或注释行，无特别意义0表示自动产生表示自动产生k点点以字母以字母G开头表示按开头表示按M-P方法以方法以点为中心自动产生点为中心自动产生k点点确定沿倒格子各方向上网格点的数目确定沿倒格子各方向上网格点的数目对所按网格分割产生的对所按网格分割产生的k点进行平移的量（这里不平移）点进行平移的量（这里不平移）第三行也可以字母M开头，则不以点为中心12KPOINTS(3)按Monkhorst-Pack网格方13KPOINTS(4)按按Monkhorst-Pack网格方法自动产生k点 完全自动的方式(2)(续)Automatic mesh0Monkhorst-Pack1010 10 0.5 0.5 0.5 完全自动的方式(3)标题或注释行，无特别意义标题或注释行，无特别意义0表示自动产生表示自动产生k点点以字母以字母M开头表示按开头表示按M-P方法自动产生方法自动产生k点点确定沿倒格子各方向上网格点的数目确定沿倒格子各方向上网格点的数目对所按网格分割产生的对所按网格分割产生的k点进行平移的量（这里不平移点进行平移的量（这里不平移)如果第三行以字母G开头，则以点为中心产生k点13KPOINTS(4)按Monkhorst-Pack网格方14KPOINTS(5)对六角晶系的结构，强烈推荐采用以对六角晶系的结构，强烈推荐采用以为中心按为中心按M-P网格产生网格产生k点点 K点网格大小点网格大小N1,N2,N3按倒格子基矢的长度进行合适的选取按倒格子基矢的长度进行合适的选取一般选取一般选取N1,N2和和N3为奇数，以便产生的为奇数，以便产生的k点包含了点包含了点点 设置不同的设置不同的N1,N2和和N3，看它们对总能的影响，以确定能保证一定计，看它们对总能的影响，以确定能保证一定计算精度的算精度的k点数目点数目#/bin/shfor i in 3 5 7 9 11docat KPOINTS SUMMARYdone14KPOINTS(5)对六角晶系的结构，强烈推荐采用以15POTCAR按按POSCAR文件中，每类原子的顺序把各类原子相应的赝文件中，每类原子的顺序把各类原子相应的赝势合并到同一个文件势合并到同一个文件(POTCAR)中。比如在中。比如在POSCAR中原中原子坐标按子坐标按Si,O的顺序写出给原子的坐标，则到赝势库目录的顺序写出给原子的坐标，则到赝势库目录中使用下面的命令中使用下面的命令:zcat Si/POTCAR.Z POTCAR zcat O/POTCAR.Z POTCAR每类原子的赝势类型每类原子的赝势类型(PAW或超软或超软)一致一致每类原子的赝势类型每类原子的赝势类型(交换关联交换关联)要与要与INCAR中交换关联设置中交换关联设置一致一致15POTCAR按POSCAR文件中，每类原子的顺序把各类原16输出文件输出文件16输出文件17OUTCAROUTCAR文件包含了vasp计算后得到的绝大部分结果，每步迭代的详细情况。下面介绍如何从OUTCAR取出一些有用的信息：查看所计算体系的体积，使用下面的命令grep volume OUTCAR得到的结果如下volume/ion in A,a.u.=32.92 222.17volume of cell:65.84第一行给出体系的体积分别以3/atom,a.u.3/atom为单位给出的。第二行给出体系的体积是以3/unit cell为单位给出的。查看所计算体系的总能，使用下面的命令当ISMEAR=-5时，Free energy TOTEN是与energy without entropy是相等，则用grep TOTEN OUTCAR得到结果如下free energy TOTEN =-7.910804 eV当ISMEAR等于其他的值时，Free energy TOTEN是与energy without entropy是不相等，则用grep entropy=OUTCAR得到结果如下energy without entropy=-7.910804 energy(sigma-0)=-7.910804在计算体系的结合能时，体系的总能取为energy without entropy后面的值。17OUTCAROUTCAR文件包含了vasp计算后得到的绝18OUTCAR查看所计算体系的费米能级，使用下面的命令grep Fermi OUTCAR|tail -1得到的结果为BZINTS:Fermi energy:6.171330;20.000000 electrons上一行中第一个数就是体系的费米能级，第二个数就是体系的总价电子数。注释：对半导体的体系，VASP取价带顶作为费米能级。对呈现金属性的体系，费米能级就是该体系的真实（具有物理意义的）费米能级。查看所计算体系的倒格子基矢在采用vi对OUTCAR编辑时，用下面的命令来查找g/reciprocal lattice vectors 或 g/recip查看所计算体系中原子的受力情况在采用vi对OUTCAR编辑时，用下面的命令来查找g/TOTAL-FORCE原子所受的力的单位是eV/angstrom。18OUTCAR查看所计算体系的费米能级，使用下面的命令19DOSCAR对非自旋极化的，设置了对非自旋极化的，设置了RWIGS和和LORBIT=1或或2，11或或12(只对只对PAW)2 2 1 0 0.1891678E+02 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.5000000E-15 1.00000000000000D-004 CAR LaN 7.84401537 -16.51100092 301 1.85674053 1.00000000 -16.511 0.0000E+00 0.0000E+00 -16.430 0.0000E+00 0.0000E+00 .EminEmax在在Emin和和Emax之间的点的数目之间的点的数目费米能级费米能级能量能量态密度态密度态密度积分值态密度积分值先是总的态密度先是总的态密度301行，接着是各个原子的球谐函数投影或分解的态密度行，接着是各个原子的球谐函数投影或分解的态密度(每个原子的也是每个原子的也是301行行).即即energy s py pz px dxy dyz dz2 dxz dx2 tot对自旋极化的情况，设置了对自旋极化的情况，设置了RWIGS和和LORBIT，可以同类推：，可以同类推：Energy s(up)s(down),这些数据可以按各个原子取出，画分波态密度，或者直接通过这些数据可以按各个原子取出，画分波态密度，或者直接通过p4vasp来显示。来显示。19DOSCAR对非自旋极化的，设置了RWIGS和LORBI20DOSCARDOSCAR给出了体系的电子态密度给出了体系的电子态密度(单位为单位为Sates/eV.unit cell)和态密度和态密度积分的值积分的值(也就是电子数也就是电子数)。在计算时，需在在计算时，需在INCAR文件中设置了文件中设置了RWIGS以及以及LORBIT(可选的可选的)只设置了只设置了RWIGS的值的值:对非自旋极化对非自旋极化2 2 1 0 0.1891678E+02 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.5000000E-15 1.00000000000000D-004 CAR LaN 7.84401537 -16.51100092 301 1.85674053 1.00000000 -16.511 0.0000E+00 0.0000E+00 -16.430 0.0000E+00 0.0000E+00 .EminEmax在在Emin和和Emax之间的点的数目之间的点的数目费米能级费米能级能量能量态密度态密度态密度积分值态密度积分值先是总的态密度先是总的态密度301行，接着是各个原子的行，接着是各个原子的s,p,d投影或分解的态密度投影或分解的态密度(每个原子的也是每个原子的也是301行行).即即energy s-DOS p-DOS d-DOS对自旋极化的情况，只设置了对自旋极化的情况，只设置了RWIGS：energy DOS(up)DOS(dwn)integrated DOS(up)integrated DOS(dwn)energy s-DOS(up)s-DOS(down)p-DOS(up)p-DOS(dwn)d-DOS(up)d-DOS(dwn)20DOSCARDOSCAR给出了体系的电子态密度(单位为S21CHG和CHGCAR电荷密度文件，两者的格式、内容一样。给出了原胞基矢和原子位置，以及电荷密度文件，两者的格式、内容一样。给出了原胞基矢和原子位置，以及电荷密度电荷密度(r)*V的值等的值等.当当LCHARG=.FALSE.时，时，CHG*文件中无数据文件中无数据LaN 5.32900000000000 0.000000 0.500000 0.500000 0.500000 0.000000 0.500000 0.500000 0.500000 0.000000 1 1Direct 0.000000 0.000000 0.000000 0.500000 0.500000 0.500000 56 56 56 0.48995073152E+02 0.49141986100E+02 0.49542734834E+02 0.50083226401E+02 0.50592000474E+02 0.50865422427E+02 0.50697616547E+02 0.49910660506E+02 0.48380553212E+02 0.46055231054E+02 0.42962328993E+02 0.39206114637E+02 0.34954657491E+02 0.30419549263E+02 0.25831206134E+02这一部分的数据和这一部分的数据和POSCAR的相同的相同FFT 3维网格的值维网格的值电荷密度的值，按下面的格式写出来的：电荷密度的值，按下面的格式写出来的：用用vaspview软件可以直接显示它软件可以直接显示它21CHG和CHGCAR电荷密度文件，两者的格式、内容一样。22EIGENVALUE静态或迟豫计算时，在计算最后输出的所有k点的Kohn-Sham本征值在MD计算时，输出的是与CONTCAR中的原子结构一致的预测波函数。2 2 1 1 0.1891678E+02 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.3768172E-09 0.5000000E-15 1.00000000000000D-004 CAR LaN 14 91 11 0.5000000E+00 0.0000000E+00 0.5000000E+00 0.1098901E-01 1 -13.8002 2 -12.9600 3 -12.9600 4 -10.1199 5 1.7010 6 1.7010 7 1.8603 8 1.8640 9 5.4661 10 5.5390 11 5.6691.K点的数目点的数目能带的条数能带的条数K点的坐标点的坐标(按倒格子坐标系按倒格子坐标系)K点权重点权重序号序号 本征值本征值22EIGENVALUE静态或迟豫计算时，在计算最后输出的所23PROCAR当在INCAR中合适地设置了LORBIT后，输出所有带按每个原子spd投影分解并给出波函数的特征。PROCAR lm decomposed#of k-points:1#of bands:307#of ions:96 k-point 1:0.00000000 0.00000000 0.00000000 weight=1.00000000band 1#energy -15.86021571#occ.2.00000000ion s py pz px dxy dyz dz2 dxz dx2 tot 1 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 2 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 3 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 4 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 5 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 6 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00423PROCAR当在INCAR中合适地设置了LORBIT后，24LOCPOT和ELFCAR它们的数据格式与CHGCAR的相同。当在INCAR中设置了LVTOT=.TRUE.，输出LOCPOT。对表面体系的计算，分析该文件，可以得到功函数当在INCAR中设置了LELF=.TRUE.，输出ELFCAR。用vaspview可以可视化它，用来分析原子之间的键24LOCPOT和ELFCAR它们的数据格式与CHGCAR的VASP基本原理简介基本知识常用关键词使用说明计算结果处理25VASP基本原理简介25VASP程序基本原理 VASP是基于赝势平面波基组的密度泛函程序，其前身是CASTEP 1989版本，其基本原理如下：根据Bloch定理，对于周期体系，其电子波函数可以写为单胞部分和类波部分的乘积：其中，单胞部分的波函数可以用一组在倒易空间的平面波来表示：VASP程序基本原理 VASP是基于赝势平面波这样，电子波函数可以写为平面波的加和：根据密度泛函理论，波函数通过求解KohnSham方程来确定：i：KohnSham本征值Vion：电子与核之间的作用势VH和VXC：电子的Hartree势和交换相关势 这样，电子波函数可以写为平面波的加和：根据密度泛函理论，波基于平面波表示的KohnSham方程：上式中动能项是对角化的，通过求解上式方括号中的哈密顿矩阵来求解KS方程，该矩阵的大小由截至能(cutoff energy)来决定。基于平面波表示的KohnSham方程：上式中动能项是对角尝试电子密度和尝试波函数写出交换相关势表达式构造哈密顿量子空间对角化，优化迭代自由能的表达式E新电子密度，与尝试电子密度比较输出结果，写波函数是否程序流程：尝试电子密度和尝试波函数写出交换相关势表达式构造哈密顿量子空 与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点：1)无需考虑BSSE校正；2)平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样，一方面，价电子对离子的作用力可以直接用Hellman-Feymann定理得到解析的表达式，计算显得非常方便，另一方面也使能量的计算在不同的原子构象下具有基本相同的精度；3)很方便地采用快速傅立叶变换(FFT)技术，使能量、力等的计算在实空间和倒易空间快速转换，这样计算尽可能在方便的空间中进行；4)计算的收敛性和精确性比较容易控制，因为通过截断能的选择可以方便控制平面波基组的大小。与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点：平面波基组方法的不足之处：1)所求得的波函数很难寻找出一个直观的物理或化学图象与化学家习惯的原子轨道的概念相联系，即其结果与化学家所感兴趣的成键和轨道作用图象很难联系出来，这就为我们计算结果的分析带来了困难；2)考察某些物理量时，例如原子电荷，涉及到积分范围的选取，这造成所得物理量的绝对值意义不大；3)有些方法，例如杂化密度泛函方法不易于采用平面波基组方法实现。平面波基组方法的不足之处：VASP程序基本知识1.VASP程序主要功能：1)能量计算J.Phys.Chem.C,2008,112,191VASP程序基本知识1.VASP程序主要功能：J.Phy能带结构DOS2)电子结构(能带结构、DOS、电荷密度分布)能带结构DOS2)电子结构(能带结构、DOS、电荷密度分布电荷密度分布J.Phys.Chem.B,2005,109,19270电荷密度分布J.Phys.Chem.B,2005,3)构型优化(含过渡态)和反应途径J.Phys.Chem.B,2006,110,154543)构型优化(含过渡态)和反应途径J.Phys.Che4)频率计算和HREELS能谱模拟J.Phys.Chem.C,2007,111,74374)频率计算和HREELS能谱模拟J.Phys.Che5)STM图像模拟Surf.Sci.,2007,601,34885)STM图像模拟Surf.Sci.,2007,606)UPS能谱图像模拟Surf.Sci.,2007,601,34886)UPS能谱图像模拟Surf.Sci.,2007,7)材料光学性质计算8)其它性质计算，包括功函、力学性质等7)材料光学性质计算8)其它性质计算，包括功函、力学性质2.重复平板模型(或层晶模型)：VASP程序采用重复平板模型来模拟零维至三维体系零维分子体系2.重复平板模型(或层晶模型)：零维分子体系Dv:Vacuum thickness (10 A)二维固体表面Dv:Vacuum thickness (10 A)二说明：重复平板模型中的平移矢量长度必须合理选择，以保证：1)对于分子体系，必须保证相邻重复单元中最近邻原子之间的距离必须至少710埃以上；2)对于一维体系，相邻两条链最近邻原子之间的距离必须至少710埃以上；3)对二维体系，上下两个平板最近邻原子之间的距离必须至少710埃以上；说明：4)严格意义上，通过考察体系总能量/能量差值对真空区大小的收敛情况来确定合理的平移矢量长度。4)严格意义上，通过考察体系总能量/能量差值对真空区大小的3.K网格大小的选择：对于一维至三维体系的计算，需涉及k点数目的选择，对于K点的确定，它与布里渊区的形状以及对称性有关。VASP的K点输入方法有多种，其中最常用的是直接给定K-mesh的大小，然后程序根据布里渊区的形状以及对称性自动生成各K点的坐标和权重。对于K-mesh的确定方法，通常通过考察总能量/能量差的收敛程度来确定，能量的收敛标准是1meV/atom。多数情况下，对半导体或绝缘体较小的K-mesh能量就可以收敛，对于导体，一般需要较大的K-mesh。3.K网格大小的选择：VASP的输入输出文件课件硅体相总能量随K-mesh大小的变化情况硅体相总能量随K-mesh大小的变化情况4.Cutoff energy大小的选择：截至能的大小直接影响到计算结果的精度和计算速度，因此，它是平面波计算方法的一个重要参数。理论上截至能越大计算结果也可靠，但截至能大小决定了计算中平面波的数目，平面波数目越多计算时间约长、内存开销越大。一般根据所求物理量来确定截至能，例如计算体模量以及弹性系数时，需要较高的截至能，而通常的构型优化只要中等大小的截至能即可，另外动力学模拟时，可选取低的截至能。4.Cutoff energy大小的选择：不同元素在构造其赝势时，有各自的截至能，对于VASP，在缺省情况下，选取的是中等大小的截至能，这对于求解多数物理量是足够的。严格意义上，截至能的确定与K-mesh大小的确定类似，也是通过考察在总能量的收敛情况来确定(即保证总能量收敛至1meV/atom)。不同元素在构造其赝势时，有各自的截至能，对于VASP硅体相总能量随cutoff energy大小的变化情况硅体相总能量随cutoff energy大小的变化情况5.VASP输入和输出文件：输入文件(文件名必需大写)INCAR:其内容为关键词，确定了计算参数以及目的；POSCAR:构型描述文件，主要包括平移矢量、原子类 型和数目、以及各原子坐标；KPOINTS:K点定义文件，可手动定义和自动产生；POTCAR:各原子的赝势定义文件。5.VASP输入和输出文件：输入文件(文件名必需大写)I主要输出文件 OUTCAR:最主要的输出文件，包含了所有重要信息；OSZICAR:输出计算过程的能量迭代信息；CONTCAR:内容为最新一轮的构型(分数坐标，可用于续算)；CHGCAR、CHG、PARCHG:用于电荷密度图绘制；WAVECAR:波函数文件；EIGENVAL:记录各K点的能量本征值，用于绘制能带图；XDATCAR:构型迭代过程中各轮的构型信息(分数坐标，用于 动力学模拟)；DOSCAR:态密度信息。主要输出文件 OUTCAR:最主要的输出文件，包含了所有POSCAR文件内容说明：Silicon bulk(Title)2.9(Scaling factor or lattice constant)0.0 1.0 1.0(第一个平移矢量的方向)1.0 0.0 1.0(第二个平移矢量的方向)1.0 1.0 0.0(第三个平移矢量的方向)2(单胞内原子数目以及原子种类)Selective dynamics(表示对构型进行部分优化，如果没这行，则表示全优化)Direct(表示所采用的为分数坐标，如果内容为Car，则坐标单位为埃)0.125 0.125 0.125 T T T (各原子坐标以及哪个方向坐标放开优化)-0.125 -0.125 -0.125 T T TPOSCAR文件内容说明：Silicon bulk(Titsurface of mgo(100)(2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20(体系中有2种元素，各自的原子数目分别为20，20)Selective dynamicsDirect 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 F 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 0.0000000000000000 F F F 0.2500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000000 F F F 0.7500000000000000 0.7500000000000000 0.0000000000000000 F F F surface of mgo(100)(2*2)Mg POTCAR文件内容说明：VASP程序本身有提供了赝势库，只需将体系各类原子的赝势合并在一起即可，但需注意到：1)赝势类型：US型赝势LDAGGAPW91PBEPAW型赝势GGAPW91PBELDAUS型赝势所需截至能较小，计算速度快，PAW赝势截至能通常较大，而且考虑的电子数多，计算慢，但精确度高。POTCAR文件内容说明：US型赝势LDAGGAPW91PB2)POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需与POSCAR中相同：surface of mgo(100)(2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20Selective dynamicsDirect3)对各原子的赝势参数，我们最关心的是截至能以及电子数;4)POTCAR的泛函类型必需与INCAR中GGA关键词定义的 类型一致；5)使用zcat命令产生和合并POTCAR文件。2)POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需与POSCAR中对应于中等大小的截至能(构型优化时采用)对应于低的截至能(动力学模拟时采用)构造该赝势时，所采用的泛函类型，这里为PW91电子数目和组态对应于中等大小的截至能对应于低的截至能构造该赝势时，所采用的KPOINTS文件内容说明：一般有两种定义K点的方法：1)通过定义K-mesh大小，由程序自动产生各K点：Automatic mesh(title)0(为0时，表示自动产生K点)M(表示采用Monkhorst-Pack方法生成K点坐标)5 5 5(对应于5x5x5网格)0 0 0(原点平移大小)KPOINTS文件内容说明：Automatic mesh(2)手动定义各K点的坐标(一般仅在计算能带结构时使用)：k-points for MgO(100)(title)31(K点数目)Rec(字母R打头表示为倒易空间坐标，否则为实空间的坐标)0.0 0.0 0.0 1.0 (各K点的坐标以及权重)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 1.02)手动定义各K点的坐标(一般仅在计算能带结构时使用)：k6.VASP安装和运行：(1)VASP程序安装：a.设置编译环境：安装Fortran编译器，常用为IFC b.对于并行版本vasp的编译，还需安装MPICH c.编译vasp自带的库文件 d.对makefile进行修改，包括BLAS和Lapack库文件所在 目录，一般可采用IFC所带的数学库 e.运行make命令进行编译 (2)创建输入文件，包括INCAR，KPOINTS，POSCAR 和POTCAR6.VASP安装和运行：(3)运行vasp：单机版：/bin/vasp.4.5-ifc-mk-sp vasp.out&版本号编译环境多个K点Single process并行版本：mpirun np 4 machinefile./hosts/bin/vasp.4.5-ifc-mk-mp&vasp.out&CPU数目存放要并行运算的机器名或者IP版本号编译环境多个K点Single process并行版本：常用关键词使用说明(部分参考清华大学物理系苏长荣编写的VASP安装和使用说明)(1)(2)常用关键词使用说明(1)(2)一般单胞尺寸大时，选实空间，小单胞选取倒易空间。EDIFF=1e-4ENCUT=数值用户手动定义截至能，如果没有，则由PREC选项确定。(3)(4)(5)(6)一般单胞尺寸大时，选实空间，小单胞选取倒易空间。EDIFF=EDIFFG=EDIFF10当数值为负数时，表示以力作为收敛标准，多数情况均采用力作为收敛标准。ALGO=38|48该关键词确定能量计算迭代方法38-采用Davidson优化方法；(可靠，但速度慢)48-采用RMM-DIIS算法；(常用，速度快)ISYM=0|1|2该关键词确定能量和构型优化时是否使用对称性(将影响到K点数目和计算量大小)0-不使用对称性；1-采用对称性；2-用于PAW型赝势；(7)(8)EDIFFG=EDIFF10当数值为负数时，表示以力作为收NELM=整数该关键词确定能量自洽场最大迭代轮数，缺省为60轮；NELMIN=整数 在构型优化中，计算每个构象能量时最少迭代轮数，一般为34，以保证能量和力的稳定性；定义DFT泛函类型，注意要与POTCAR中的赝势类型一致。(9)(10)ISPIN=1|21-非自旋极化计算(缺省)2-自旋极化计算,将给出体系磁矩大小(对含有过渡金属原子体系，一般均要采用自旋极化方法)。(11)NELM=整数定义DFT泛函类型，注意要与POTCAR中的赝(12)(12)(13)(13)ISMEAR选择：1)对半导体或绝缘体选取-5，如果单胞较大时，或者所选取k 点数目少时，用0；2)对导体，通常用0；SIGMA取值：SIGMA取值的原则是使得计算得到的TS项(OUTCAR中)，分摊到每个原子上时小于1meV，否则得到的总能量不准确，对导体尤其要注意该参数的选择。ISMEAR选择：以下为构型优化所用关键词：NSW=整数 构型优化的最大轮数IBRION =-1|0|1|2 构型优化方法：-1-构型不变更；0-分子动力学模拟；1-采用准牛顿方法确定新的构型(当初始构型较合理时使用)；2-采用CG方法确定构型(当初始构型离平衡位置较远时使用)。POTIM=数值 控制构型优化步长，缺省为0.5，对动力学模拟则为时间步长(单位为fs)(14)以下为构型优化所用关键词：(14)输出控制关键词：LCHARG =.FALSE.(输出电荷密度？)LWAVE =.FALSE.(输出波函数？)LVTOT =.FALSE.(输出静电势，求功函时使用)其他关键词：NPAR=8(CPU数目，并行计算时使用)LPLANE=.TRUE.(与并行算法有关)(15)(16)输出控制关键词：(15)(16)实例：SYSTEM=Silicon bulk NPAR=2 LPLANE=.TRUE.Elecronic minimisation ISTART=0 LREAL=.FALSE.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,48-RMM)NELMIN =3 the minimum number of electronic SC steps ISYM =1 symmetry(2-PAW on,1-US-PPs on,0-off)ISIF=3 Relax ions ISPIN=1 ISMEAR=-5 (tetrahedron/gaussian/m-p)SIGMA=0.1 实例：OUTPUT CONTROL LCHARG =.FALSE.LWAVE =.FALSE.the i/o cost is not worth it.LVTOT =.FALSE.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=1-3OUTPUT CONTROL练习：对MgO体相的构型(包括原子位置和单胞外形)进行优化，并考察k网格和动能大小对计算结果的影响，计算体系的力学性质。MgO体相的构型参数:空间群No.225 FM-3M单胞参数a=b=c=4.2112练习：步骤：1.确定构型，包括平移矢量以及各个原子的坐标。可通过其它软件(如Crystal,Materials Studio等)间接获得。步骤：从MS构型库里面读取MgO构型：从MS构型库里面读取MgO构型：转化为原胞构型：转化为原胞构型：原胞构型原胞构型选择Castep计算设置窗口，选择Files选项获取构型输入文件：选择Castep计算设置窗口，选择Files选项获取构型输入到相应的目录下找到CELL文件(该文件为隐藏文件)，从中找到平移矢量和各原子分数坐标：到相应的目录下找到CELL文件(该文件为隐藏文件)，从中找到2.构造VASP四个输入文件，包括INCAR、KPOINTS、POSCAR和POTCAR。其中POSCAR文件内容由前一步骤获得：MgO bulk 1.0 0.0 2.1056 2.1056 2.1056 0.0 2.1056 2.1056 2.1056 0.0 1 1direct 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.5 INCAR和KPOINTS文件内容见前.2.构造VASP四个输入文件，包括INCAR、KPOINT3.运行vasp4.力学性质中弹性系数计算方法见参考文献：Comput.Phys.Commun.,2010,181,671.对立方晶系，独立的弹性系数有c11,c12和c44：体模量和弹性系数的关系为：实验值：c11=297.08 GPa;c12=95.36 GPa;c44=156.13 GPa3.运行vasp体模量和弹性系数的关系为：实验值：c11=