VASP的輸入輸出文件

1、VASPVASP的輸入輸出文件的輸入輸出文件侯侯 柱柱 鋒鋒復(fù)旦大學(xué)物理系復(fù)旦大學(xué)物理系2005, 12, 3北京，宏劍Hou Zhufeng2內(nèi)容(1)輸入文件輸入文件 INCAR :計算控制參數(shù)文件計算控制參數(shù)文件 POSCAR :描述體系結(jié)構(gòu)的文件描述體系結(jié)構(gòu)的文件 KPOINTS :k點(diǎn)取樣設(shè)置文件點(diǎn)取樣設(shè)置文件 POTCAR :贗勢文件贗勢文件輸出文件輸出文件 OUTCAR :最主要的輸出文件最主要的輸出文件 DOSCAR : 電子態(tài)密度文件電子態(tài)密度文件 EIGENVAL :本征值文件本征值文件 OSZICAR :每次迭代或原子遲豫每次迭代或原子遲豫(或或MD)的信息的信息 CHG

2、和和CHGCAR :電荷密度文件電荷密度文件 WAVECAR :波函數(shù)文件波函數(shù)文件3內(nèi)容(2)輸出文件輸出文件(續(xù)續(xù)) CONTCAR :原子遲豫或原子遲豫或MD后的體系結(jié)構(gòu)文件后的體系結(jié)構(gòu)文件 IBZKPT :布里淵區(qū)中的布里淵區(qū)中的k點(diǎn)點(diǎn) PCDAT :對關(guān)聯(lián)函數(shù)對關(guān)聯(lián)函數(shù) XDATCAR :在在MD時時, 原子位置變化的跟蹤文件原子位置變化的跟蹤文件 PROCAR和和PROOUT : 波函數(shù)投影或分解的文件波函數(shù)投影或分解的文件 LOCPOT :總的局域勢總的局域勢 ELFCAR :電子局域函數(shù)電子局域函數(shù)4輸入文件輸入文件5INCAR(1) 設(shè)置計算的精度 設(shè)置是做什么計算 設(shè)置交換

3、關(guān)聯(lián)函數(shù) 設(shè)置優(yōu)化的算法和收斂標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)置MD的步長、溫度、時間 設(shè)置每個波函數(shù)或電子的占有數(shù)(也就是 smearing方法及相關(guān)的參數(shù))等等 自由格式 共100多個關(guān)鍵詞，一般都有合適的默認(rèn)值。通常需設(shè)置的有10個左右。即使INCAR文件無任何內(nèi)容也可以進(jìn)行計算。6INCAR(2)：例子靜態(tài)計算靜態(tài)計算(計算總能和自洽的電荷密度計算總能和自洽的電荷密度)懶：刪掉計算目錄下的懶：刪掉計算目錄下的WAVECAR，INCAR中不作任何設(shè)置中不作任何設(shè)置推薦：自己手動設(shè)置推薦：自己手動設(shè)置ENCUT, TITLE, ISTART, ICHARG, ISMEAR, EDIFF, PREC等等SYSTEM

4、 = SiliconENCUT = 350ISTART = 0ICHARG = 2ISMEAR = -5EDIFF = 1E-5PREC = Accurate設(shè)置標(biāo)題，以說明所計算的體系設(shè)置標(biāo)題，以說明所計算的體系設(shè)置平面波切斷動能設(shè)置平面波切斷動能(不采用默認(rèn)值不采用默認(rèn)值)說明這次計算是一次全新的計算說明這次計算是一次全新的計算按體系中的原子構(gòu)造初始的原子密度按體系中的原子構(gòu)造初始的原子密度采用四面體方法采用四面體方法電子迭代的收斂標(biāo)準(zhǔn)是電子迭代的收斂標(biāo)準(zhǔn)是1E-5精度為精度為Accurate可以在一行設(shè)置多個關(guān)鍵詞的值，但是每個關(guān)鍵值之間用分號可以在一行設(shè)置多個關(guān)鍵詞的值，但是每個關(guān)鍵值

5、之間用分號(;)隔開。如隔開。如ISMEAR= 0; SIGMA= 0.2。當(dāng)想不用當(dāng)想不用INCAR中某個關(guān)鍵詞的值時，在該行前面加上井號中某個關(guān)鍵詞的值時，在該行前面加上井號(#)注釋掉，注釋掉，如如#ISMEAR=0; SIGMA = 0.27POSCAR(1) 描述了體系的結(jié)構(gòu)文件: 原(或晶)胞的基矢, 原子的位置, 原子是否移動，原子的初始速度等) 分?jǐn)?shù)坐標(biāo)和卡笛爾坐標(biāo)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

6、.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設(shè)置體系的名稱設(shè)置體系的名稱晶格常數(shù)或縮放系數(shù)晶格常數(shù)或縮放系數(shù)原原(或晶或晶)胞的基矢胞的基矢每類原子的個數(shù)每類原子的個數(shù)確定按何種坐標(biāo)來寫原子位置確定按何種坐標(biāo)來寫原子位置第一類原子的第一個坐標(biāo)第一類原子的第一個坐標(biāo)第二類原子的第一坐標(biāo)第二類原子的第一坐標(biāo)第七行以字母第七行以字母D開頭表示下面的是分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如果是以開頭表示下面的是分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如果是以C或或K開頭表示下面的坐標(biāo)開頭表示下面的坐標(biāo)是卡笛爾坐標(biāo)。是卡笛爾坐標(biāo)。8POSCAR(2) 對原子位置進(jìn)

7、行選擇性的遲豫(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:表示對體系中的原子進(jìn)行限制性的遲豫表示對體系中的原子進(jìn)行限制性的遲豫或優(yōu)化，這一行以字母或優(yōu)化，這一行以字母S開頭。開頭。如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的POSCAR：a) 查到該晶體的晶格常數(shù)、空間群查到該晶體的晶格常數(shù)、空間群和烏科夫和烏科夫(Wyckoff)坐標(biāo)坐標(biāo);

8、 b)用用Material Studio中中Crystal builder或其他的晶體學(xué)軟或其他的晶體學(xué)軟件畫出晶體，并得到各個原子的坐標(biāo)件畫出晶體，并得到各個原子的坐標(biāo);或或c)根據(jù)空間群國際表寫出各等價位置根據(jù)空間群國際表寫出各等價位置; d)晶晶體數(shù)據(jù)庫體數(shù)據(jù)庫固定第一類原子的位置，固定第一類原子的位置，對第二類原子的位置進(jìn)行優(yōu)化對第二類原子的位置進(jìn)行優(yōu)化9KPOINTS(1) 設(shè)置布里淵區(qū)k點(diǎn)取樣或k點(diǎn)的坐標(biāo),計算能帶時k點(diǎn)的高對稱線 設(shè)置方式:手動輸入所有的k點(diǎn)，按Monkhorst-Pack方法自動產(chǎn)生 格式：普通，四面體，M-P網(wǎng)格，Line模式 卡笛爾坐標(biāo)系和倒格子坐標(biāo)系10K

9、POINTS(2) 按普通格式手動輸入各個按普通格式手動輸入各個k點(diǎn)點(diǎn)(推薦用在計算能帶時推薦用在計算能帶時)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標(biāo)題或注釋行，無特別意義標(biāo)題或注釋行，無特別意義K點(diǎn)的數(shù)目點(diǎn)的數(shù)目以字母以字母R開頭表示開頭表示k點(diǎn)是按倒格子坐標(biāo)系點(diǎn)是按倒格子坐標(biāo)系前三個數(shù)是前三個數(shù)是k點(diǎn)的坐標(biāo)，最后一個數(shù)是相應(yīng)點(diǎn)的坐

10、標(biāo)，最后一個數(shù)是相應(yīng)k點(diǎn)的權(quán)重點(diǎn)的權(quán)重(下面共下面共5個個k點(diǎn)點(diǎn))如果是以卡笛爾坐標(biāo)系來寫k點(diǎn)坐標(biāo)，則第三行以字母C開頭。 按四面體格式手動輸入各個按四面體格式手動輸入各個k點(diǎn)點(diǎn)(復(fù)雜，不推薦用復(fù)雜，不推薦用)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 標(biāo)題或注釋行，無特別意義K點(diǎn)的數(shù)目以字母C開頭表示k點(diǎn)是按卡笛爾坐標(biāo)系前三個數(shù)是k點(diǎn)的坐標(biāo)，最后一個數(shù)是相應(yīng)k點(diǎn)的坐標(biāo)(下面共4個k點(diǎn))當(dāng)

11、smearing方面采用的是四面體方法時，以字母T開頭表示下面的是描述各個四面體的信息四面體的個數(shù)，每個四面體的體積權(quán)重每個四面體頂角的權(quán)重，每個四面體頂角k點(diǎn)坐標(biāo)的序號當(dāng)當(dāng)Smearing時不采用四面體方法，則時不采用四面體方法，則Tetrahedra后面的內(nèi)容不起作用后面的內(nèi)容不起作用11KPOINTS(2) 按按Line模式手動輸入各個高對稱模式手動輸入各個高對稱k點(diǎn)點(diǎn)(用在計算能帶中，用在計算能帶中，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

12、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 標(biāo)題或注釋行，無特別意義標(biāo)題或注釋行，無特別意義每對高對稱點(diǎn)之間產(chǎn)生每對高對稱點(diǎn)之間產(chǎn)生10個個k點(diǎn)點(diǎn)以字母以字母L開頭表示按開頭表示按line模式產(chǎn)生模式產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)以字母以字母R開頭表示開頭表示k點(diǎn)按倒格子坐標(biāo)系點(diǎn)按倒格子坐標(biāo)系每對高對稱點(diǎn)的坐標(biāo)。（共三對，表明沿著每對高對稱點(diǎn)的坐標(biāo)。（共三對，表明沿著Gamma X W Gamma計算能帶）計算能帶）如果是以卡笛爾坐標(biāo)系來寫k點(diǎn)坐標(biāo)，則第四行以字母C開頭。寫出各種布拉菲

13、格子對應(yīng)的倒格子中的高對稱點(diǎn)標(biāo)記和坐標(biāo)：寫出各種布拉菲格子對應(yīng)的倒格子中的高對稱點(diǎn)標(biāo)記和坐標(biāo)：a)查空間群查空間群國際表國際表; b)用用xcrysden軟件畫出布里淵區(qū)，并選取高對稱點(diǎn)。軟件畫出布里淵區(qū)，并選取高對稱點(diǎn)。12KPOINTS(3) 按按Monkhorst-Pack網(wǎng)格方法自動產(chǎn)生k點(diǎn)Automatic mesh0Auto10 標(biāo)題或注釋行，無特別意義標(biāo)題或注釋行，無特別意義0表示自動產(chǎn)生表示自動產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)以字母以字母A開頭表示完全自動以開頭表示完全自動以點(diǎn)為中心產(chǎn)生點(diǎn)為中心產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)長度，間接確定了沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目長度，間接確定了沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目 完全自

14、動的方式 (1)Automatic mesh0Gamma10 10 0.0 0.0 0.0 完全自動的方式 (2)標(biāo)題或注釋行，無特別意義標(biāo)題或注釋行，無特別意義0表示自動產(chǎn)生表示自動產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)以字母以字母G開頭表示按開頭表示按M-P方法以方法以點(diǎn)為中心自動產(chǎn)生點(diǎn)為中心自動產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)確定沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目確定沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目對所按網(wǎng)格分割產(chǎn)生的對所按網(wǎng)格分割產(chǎn)生的k點(diǎn)進(jìn)行平移的量（這里不平移）點(diǎn)進(jìn)行平移的量（這里不平移）第三行也可以字母M開頭，則不以點(diǎn)為中心13KPOINTS(4) 按按Monkhorst-Pack網(wǎng)格方法自動產(chǎn)生k點(diǎn) 完全自動的方式 (2) (續(xù))Aut

15、omatic mesh0Monkhorst-Pack10 10 0.5 0.5 0.5 完全自動的方式 (3)標(biāo)題或注釋行，無特別意義標(biāo)題或注釋行，無特別意義0表示自動產(chǎn)生表示自動產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)以字母以字母M開頭表示按開頭表示按M-P方法自動產(chǎn)生方法自動產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)確定沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目確定沿倒格子各方向上網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目對所按網(wǎng)格分割產(chǎn)生的對所按網(wǎng)格分割產(chǎn)生的k點(diǎn)進(jìn)行平移的量（這里不平移點(diǎn)進(jìn)行平移的量（這里不平移)如果第三行以字母G開頭，則以點(diǎn)為中心產(chǎn)生k點(diǎn)14KPOINTS(5) 對六角晶系的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)烈推薦采用以對六角晶系的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)烈推薦采用以為中心按為中心按M-P網(wǎng)格產(chǎn)生網(wǎng)格產(chǎn)生k點(diǎn)點(diǎn)

16、K點(diǎn)網(wǎng)格大小點(diǎn)網(wǎng)格大小N1, N2, N3按倒格子基矢的長度進(jìn)行合適的選取按倒格子基矢的長度進(jìn)行合適的選取一般選取一般選取N1, N2和和N3為奇數(shù)，以便產(chǎn)生的為奇數(shù)，以便產(chǎn)生的k點(diǎn)包含了點(diǎn)包含了點(diǎn)點(diǎn) 設(shè)置不同的設(shè)置不同的N1,N2和和N3，看它們對總能的影響，以確定能保證一定，看它們對總能的影響，以確定能保證一定計算精度的計算精度的k點(diǎn)數(shù)目點(diǎn)數(shù)目#/bin/shfor i in 3 5 7 9 11docat KPOINTS SUMMARYdone15POTCAR 按按POSCAR文件中，每類原子的順序把各類原子相應(yīng)的贗文件中，每類原子的順序把各類原子相應(yīng)的贗勢合并到同一個文件勢合并到同一個

17、文件(POTCAR)中。比如在中。比如在POSCAR中原中原子坐標(biāo)按子坐標(biāo)按Si, O的順序?qū)懗鼋o原子的坐標(biāo)，則到贗勢庫目錄的順序?qū)懗鼋o原子的坐標(biāo)，則到贗勢庫目錄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 每類原子的贗勢類型每類原子的贗勢類型(PAW或超軟或超軟)一致一致 每類原子的贗勢類型每類原子的贗勢類型(交換關(guān)聯(lián)交換關(guān)聯(lián))要與要與INCAR中交換關(guān)聯(lián)設(shè)置中交換關(guān)聯(lián)設(shè)置一致一致16輸出文件輸出文件17OUTCAROUTCAR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(xì)情況。下面介紹如何從OU

18、TCAR取出一些有用的信息：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volume/ion in A,a.u. = 32.92 222.17volume of cell : 65.84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。第二行給出體系的體積是以3/unit cell為單位給出的。查看所計算體系的總能，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，則用grep TOTEN OUTCAR得到結(jié)果如下free energy TOTE

19、N = -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，則用grep entropy= OUTCAR得到結(jié)果如下energy without entropy= -7.910804 energy(sigma-0) = -7.910804在計算體系的結(jié)合能時，體系的總能取為energy without entropy后面的值。18OUTCAR查看所計算體系的費(fèi)米能級，使用下面的命令grep Fermi OUTCAR | tail -1得到的結(jié)果為BZINTS: Fermi energy: 6.1713

20、30; 20.000000 electrons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g/reciprocal lattice vectors 或 g/recip查看所計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/angstrom。19DOSCAR對非自旋極化的，設(shè)置了對非自旋極化的，設(shè)置了R

21、WIGS和和LORBIT=1或或2，11或或12(只對只對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之間的點(diǎn)的數(shù)目之間的點(diǎn)的數(shù)目費(fèi)米能級費(fèi)米能級能量能量態(tài)密

22、度態(tài)密度態(tài)密度積分值態(tài)密度積分值先是總的態(tài)密度先是總的態(tài)密度301行，接著是各個原子的球諧函數(shù)投影或分解的態(tài)密度行，接著是各個原子的球諧函數(shù)投影或分解的態(tài)密度(每個原子的也是每個原子的也是301行行).即即energy s py pz px dxy dyz dz2 dxz dx2 tot對自旋極化的情況，設(shè)置了對自旋極化的情況，設(shè)置了RWIGS和和LORBIT，可以同類推：，可以同類推：Energy s(up) s(down), 這些數(shù)據(jù)可以按各個原子取出，畫分波態(tài)密度，或者直接通過這些數(shù)據(jù)可以按各個原子取出，畫分波態(tài)密度，或者直接通過p4vasp來顯示。來顯示。20DOSCARDOSCAR給

23、出了體系的電子態(tài)密度給出了體系的電子態(tài)密度(單位為單位為Sates/eV.unit cell)和態(tài)密度和態(tài)密度積分的值積分的值(也就是電子數(shù)也就是電子數(shù))。在計算時，需在在計算時，需在INCAR文件中設(shè)置了文件中設(shè)置了RWIGS以及以及LORBIT(可選的可選的)只設(shè)置了只設(shè)置了RWIGS的值的值: 對非自旋極化對非自旋極化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

24、.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之間的點(diǎn)的數(shù)目之間的點(diǎn)的數(shù)目費(fèi)米能級費(fèi)米能級能量能量態(tài)密度態(tài)密度態(tài)密度積分值態(tài)密度積分值先是總的態(tài)密度先是總的態(tài)密度301行，接著是各個原子的行，接著是各個原子的s, p, d投影或分解的態(tài)密度投影或分解的態(tài)密度(每個原子的也是每個原子的也是301行行).即即energy s-DOS p-DOS d-DOS對自旋極化的情況，只設(shè)置了對自旋極化的情況，只設(shè)置了RWIGS：energy DOS(u

25、p) 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)21CHG和CHGCAR電荷密度文件，兩者的格式、內(nèi)容一樣。給出了原胞基矢和原子位置，以及電荷密度文件，兩者的格式、內(nèi)容一樣。給出了原胞基矢和原子位置，以及電荷密度電荷密度(r)*V的值等的值等. 當(dāng)當(dāng)LCHARG=.FALSE.時，時，CHG*文件中無數(shù)據(jù)文件中無數(shù)據(jù)LaN 5.32900000000000 0.000000 0.500000 0.5000

26、00 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 0.460552

27、31054E+02 0.42962328993E+02 0.39206114637E+02 0.34954657491E+02 0.30419549263E+02 0.25831206134E+02這一部分的數(shù)據(jù)和這一部分的數(shù)據(jù)和POSCAR的相同的相同F(xiàn)FT 3維網(wǎng)格的值維網(wǎng)格的值電荷密度的值，按下面的格式寫出來的：電荷密度的值，按下面的格式寫出來的：用用vaspview軟件可以直接顯示它軟件可以直接顯示它22EIGENVALUE靜態(tài)或遲豫計算時，在計算最后輸出的所有k點(diǎn)的Kohn-Sham本征值在MD計算時，輸出的是與CONTCAR中的原子結(jié)構(gòu)一致的預(yù)測波函數(shù)。 2 2 1 1 0.189

28、1678E+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點(diǎn)的數(shù)目點(diǎn)的數(shù)目能帶的條數(shù)能帶的條數(shù)K點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)(按倒

29、格子坐標(biāo)系按倒格子坐標(biāo)系)K點(diǎn)權(quán)重點(diǎn)權(quán)重序號序號 本征值本征值23PROCAR 當(dāng)在INCAR中合適地設(shè)置了LORBIT后，輸出所有帶按每個原子spd投影分解并給出波函數(shù)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

30、 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 0.0

31、00 0.000 0.004 6 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00424LOCPOT和ELFCAR 它們的數(shù)據(jù)格式與CHGCAR的相同。 當(dāng)在INCAR中設(shè)置了LVTOT=.TRUE.，輸出LOCPOT。對表面體系的計算，分析該文件，可以得到功函數(shù) 當(dāng)在INCAR中設(shè)置了LELF=.TRUE.，輸出ELFCAR。用vaspview可以可視化它，用來分析原子之間的鍵VASP基本原理簡介基本知識常用關(guān)鍵詞使用說明計算結(jié)果處理25VASP程序基本原理 VASP是基于贗勢平面波基組的密度泛函程序，其前身是CASTEP

32、1989版本，其基本原理如下： 根據(jù)Bloch定理，對于周期體系，其電子波函數(shù)可以寫為單胞部分和類波部分的乘積： )()(rferirk ii 其中，單胞部分的波函數(shù)可以用一組在倒易空間的平面波來表示： GrGiGiiecrf,)(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KohnSham方程來確定： )()()()()(222rrrVrVrVmiiiXCHioni：KohnSham本征值Vion：電子與核之間的作用勢VH和VXC：電子的Hartree勢和交換相關(guān)勢 | |) ()(32rdrrrnerVH)()()(rnrnEr

33、VXCXC基于平面波表示的KohnSham方程： ,22) () () (|2GGkiiGkiXCHionGGccGGVGGVGGVGkm上式中動能項是對角化的，通過求解上式方括號中的哈密頓矩陣來求解KS方程，該矩陣的大小由截至能(cutoff energy)來決定。嘗試電子密度和嘗試波函數(shù)寫出交換相關(guān)勢表達(dá)式構(gòu)造哈密頓量子空間對角化，優(yōu)化迭代自由能的表達(dá)式E新電子密度，與嘗試電子密度比較輸出結(jié)果，寫波函數(shù)是否程序流程： 與原子軌道基組相比，平面波基組有如下優(yōu)點(diǎn)：無需考慮BSSE校正；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Hellman-Feyma

34、nn定理得到解析的表達(dá)式，計算顯得非常方便，另一方面也使能量的計算在不同的原子構(gòu)象下具有基本相同的精度；很方便地采用快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)，使能量、力等的計算在實(shí)空間和倒易空間快速轉(zhuǎn)換，這樣計算盡可能在方便的空間中進(jìn)行；1) 計算的收斂性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。 平面波基組方法的不足之處：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，這就為我們計算結(jié)果的分析帶來了困難；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

35、意義不大；1) 有些方法，例如雜化密度泛函方法不易于采用平面波基組方法實(shí)現(xiàn)。VASP程序基本知識1. VASP程序主要功能：1) 能量計算J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 191能帶結(jié)構(gòu)DOS2) 電子結(jié)構(gòu)(能帶結(jié)構(gòu)、DOS、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(含過渡態(tài))和反應(yīng)途徑J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 154544) 頻率計算和HREELS能譜模擬J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 74375) STM圖像模擬Surf. Sci., 200

36、7, 601, 34886) UPS能譜圖像模擬Surf. Sci., 2007, 601, 34887) 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零維分子體系Dv: Vacuum thickness (10 A)二維固體表面說明： 重復(fù)平板模型中的平移矢量長度必須合理選擇，以保證：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710埃以上；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；1) 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；

37、Total energyLength of vector4) 嚴(yán)格意義上，通過考察體系總能量/能量差值對真空區(qū)大小的收斂情況來確定合理的平移矢量長度。3. K網(wǎng)格大小的選擇： 對于一維至三維體系的計算，需涉及k點(diǎn)數(shù)目的選擇，對于K點(diǎn)的確定，它與布里淵區(qū)的形狀以及對稱性有關(guān)。VASP的K點(diǎn)輸入方法有多種，其中最常用的是直接給定K-mesh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K點(diǎn)的坐標(biāo)和權(quán)重。 對于K-mesh的確定方法，通常通過考察總能量/能量差的收斂程度來確定，能量的收斂標(biāo)準(zhǔn)是1meV/atom。 多數(shù)情況下，對半導(dǎo)體或絕緣體較小的K-mesh能量就可以收斂，對于導(dǎo)體，一般需

38、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 energy大小的選擇： 截至能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)。 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平面波的數(shù)目，平面波數(shù)目越多計算時間約長、內(nèi)存開銷越大。 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)化只要中等大小的截至能即可，另外動力學(xué)

39、模擬時，可選取低的截至能。 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(即保證總能量收斂至1meV/atom)。硅體相總能量隨cutoff energy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：輸入文件(文件名必需大寫) INCAR : 其內(nèi)容為關(guān)鍵詞，

40、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 型和數(shù)目、以及各原子坐標(biāo)；KPOINTS : K點(diǎn)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。主要輸出文件 OUTCAR : 最主要的輸出文件，包含了所有重要信息； OSZICAR : 輸出計算過程的能量迭代信息；CONTCAR: 內(nèi)容為最新一輪的構(gòu)型(分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，可用于續(xù)算)；CHGCAR、CHG、PARCHG :用于電荷密度圖繪制；WAVECAR : 波函數(shù)文件；EIGENVAL: 記錄各K點(diǎn)的能量本征值，用于繪制能帶圖；XDATCAR: 構(gòu)型迭代過程中各輪的構(gòu)型信息(分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，用于

41、 動力學(xué)模擬)；DOSCAR : 態(tài)密度信息。POSCAR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) 1.0 0.0 1.0 (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) 2(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)Direct (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) 0.125 0.125 0.125 T T T (各原子坐

42、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 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20 (體系中有2種元素，各自的原子數(shù)目分別為20，20)Selective

43、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 0.250000000000

44、0000 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 POTCAR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贗勢合并在一起即可，但需注意到：1) 贗勢類型：US型贗勢LDAGGAPW91PB

45、EPAW型贗勢GGAPW91PBELDAUS型贗勢所需截至能較小，計算速度快，PAW贗勢截至能通常較大，而且考慮的電子數(shù)多，計算慢，但精確度高。2) POTCAT中各原子贗勢定義的順序必需與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 0.000000000000000

46、0 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);4) POTCAR的泛函類型必需與INCAR中GGA關(guān)鍵詞定義的 類型一致；5) 使用zcat命令產(chǎn)生和合并POTCAR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，這里為PW91電子數(shù)目和組態(tài)KPOINTS文件內(nèi)容說明： 一般有兩種定義K點(diǎn)的方法：1) 通過定義K-mesh大小，由程序自動產(chǎn)生各K點(diǎn)：Automatic mesh (title)0 (為0時，表示自動產(chǎn)

47、生K點(diǎn))M (表示采用Monkhorst-Pack方法生成K點(diǎn)坐標(biāo))5 5 5(對應(yīng)于5x5x5網(wǎng)格)0 0 0(原點(diǎn)平移大小)2)手動定義各K點(diǎn)的坐標(biāo)(一般僅在計算能帶結(jié)構(gòu)時使用)： k-points for MgO(100) (title) 31 (K點(diǎn)數(shù)目)Rec (字母R打頭表示為倒易空間坐標(biāo)，否則為實(shí)空間的坐標(biāo)) 0.0 0.0 0.0 1.0 (各K點(diǎn)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

48、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(yùn)行： (1) VASP程序安裝： a. 設(shè)置編譯環(huán)境：安裝Fortran編譯器，常用為IFC b. 對于并行版本vasp的編譯，還需安裝MPICH c. 編譯vasp自帶的庫文件 d. 對makefile進(jìn)行修改，包括BLAS和Lapack庫文件所在 目錄，一般可采用IFC所帶的數(shù)學(xué)庫 e. 運(yùn)行make命令進(jìn)行編譯 (2) 創(chuàng)建輸入文件，包括INCAR，KPOINTS，POSCAR 和POTCAR (3) 運(yùn)行vasp： 單機(jī)版：/bin/vasp.4.5-i

49、fc-mk-sp vasp.out &版本號編譯環(huán)境多個K點(diǎn)Single process并行版本：mpirun np 4 machinefile ./hosts /bin/vasp.4.5-ifc-mk-mp & vasp.out &CPU數(shù)目存放要并行運(yùn)算的機(jī)器名或者IP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VASP安裝和使用說明)(1)(2)一般單胞尺寸大時，選實(shí)空間，小單胞選取倒易空間。EDIFF=1e-4ENCUT=數(shù)值用戶手動定義截至能，如果沒有，則由PREC選項確定。(3)(4)(5)(6)EDIFFG=EDIFF10當(dāng)數(shù)值為負(fù)數(shù)時，表示以力

50、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)。ALGO=38|48該關(guān)鍵詞確定能量計算迭代方法38-采用Davidson優(yōu)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K點(diǎn)數(shù)目和計算量大小)0-不使用對稱性；1-采用對稱性；2-用于PAW型贗勢；(7)(8)NELM=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60輪；NELMIN=整數(shù) 在構(gòu)型優(yōu)化中，計算每個構(gòu)象能量時最少迭代輪數(shù)，一般為34，以保證能量和力的穩(wěn)定性；定義DFT泛函類型，注意要與POTCAR中的贗勢類型一致。(9)(10)ISPIN=1|21-非自旋極化計算(缺省)2-自旋極化計算, 將給出體系磁矩大小(對含有過渡金屬原子體系，一般均要采用自旋極化方法)。(11)(12)(13) ISMEAR選擇：1) 對半導(dǎo)體或絕緣體選取-5，如果單胞較大時，或者所選取k 點(diǎn)數(shù)目少時，用0；2) 對導(dǎo)體，通常用0； SIGMA取值： SIGMA取值的原則是使得計算得到的TS項(OUTCAR中)，分?jǐn)偟矫總€原子上時小于1meV，否則得到的總能量不準(zhǔn)確，對導(dǎo)體尤其