1、第一性原理电子结构计算软件：第一性原理电子结构计算软件：VASP 简介简介 基本任务基本任务 输入文件输入文件 输出文件输出文件 程序举例程序举例 操作界面操作界面1简介简介VASP是什么是什么 全称Vienna Ab-inito Simulation Package 是目前材料模拟和计算材料科学研究中非常流行的商用软件之一。 是一个采用平面波赝势(或缀加投影波)方法进行从头的分子动力学模拟的软件包。 基于(有限温度下的，对电子气而言)局域密度近似，自由能作为电子气密度的泛函 在每个MD时间步长内精确求解电子气的瞬时基态2基本任务基本任务 晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算 晶体的
2、磁学性质计算 优化晶体的结构参数 内部自由度弛豫 结构弛豫 表面体系的基本性质的计算3POTCARKPOINTSPOSCARINCAR输入文件输入文件pseudopotentail file（赝势文件，软件本身具有，赝势文件，软件本身具有，用时选择合理的即可用时选择合理的即可）Brillouin zone sampling（ k点取样设置文件点取样设置文件）structural data（描述体系结构的文件描述体系结构的文件）steering parameters（计算控制参数文件计算控制参数文件）4INCAR输入文件：设置程序控制参数的值输入文件：设置程序控制参数的值 System 、IST
3、ART、ENCUT、NELM、EDIFF 、EDIFFG、 GGA 、 NPAR、NSW、 IBRION 、 ISIF、 ISYM、 LWAVE 、LCHARG等例：静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)时经验推荐自己手经验推荐自己手动设置动设置ENCUT, SYSTEM, ISTART, ICHARG, ISMEAR, EDIFF, PREC等等的值。的值。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
4、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（即参数）的值，但是每个关键值之间用分可以在一行设置多个关键词（即参数）的值，但是每个关键值之间用分号号(;)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#
5、#ISMEAR=0; SIGMA = 0.25POSCAR输入文件输入文件：描述体系结构描述体系结构例:SiC体系的POSCAR文件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开头表示下面的坐开头表示下面的坐标是卡笛尔坐标。标是卡笛尔坐标。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 0.25Cubic SiC3.570.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 1 1Cartesian 0.00 0
6、.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6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、空间群和乌科夫查到该晶体的晶格常数、空间群和乌科夫(Wyckoff)坐标坐标; b)用用Material Studio中中Crystal builder或其他的晶体学软件画出晶体，并得到各或其他的
7、晶体学软件画出晶体，并得到各个原子的坐标个原子的坐标;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)晶体数据库。晶体数据库。目前常采用的是利用目前常采用的是利用Materials Studio中的中的CASTEP模块得到结构的数据，具体操模块得到结构的数据，具体操作如下图。作如下图。7所得到所得到的数据的数据所在文所在文件夹件夹8 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 0.4
8、75 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。KPOINTS输入文件输入文件: 控制控制K点的选取方式点的选取方式9POTCAR输入文件输入文件: 赝势文件赝势文件Si 的一种势函数的
9、部分内容的一种势函数的部分内容US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are: VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV TITEL = US Si LULTRA = T use ultrasoft PP ? IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no RPACOR = 1.580 partial core radius POMASS = 28.085
10、; ZVAL = 4.000 mass and valenz RCORE = 2.480 outmost cutoff radius RWIGS = 2.480; RWIGS = 1.312 wigner-seitz radius (au A) ENMAX = 150.544; ENMIN = 112.908 eV EAUG = 241.945 10输出文件输出文件OUTCAR :最主要的输出文件DOSCAR : 电子态密度文件EIGENVAL :本征值文件OSZICAR :每次迭代或原子迟豫(或MD)的信息CHG和CHGCAR :电荷密度文件WAVECAR :波函数文件CONTCAR :原子
11、迟豫或MD后的体系结构文件IBZKPT :布里渊区中的k点PCDAT :对关联函数XDATCAR :在MD时, 原子位置变化的跟踪文件PROCAR和PROOUT : 波函数投影或分解的文件LOCPOT :总的局域势ELFCAR :电子局域函数11程序举例程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步: (1). 生成4个输入文件: POSCAR、POTCAR、INCAR、KPOINTS(2). 优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3). 固定晶格参数, 求出能态密度(DOSCAR), 确定费米能量(4). 修改KPOINTS和INCAR输入文件,固定电荷密度,做非自洽 计算,得
12、到输出文件EIGENVAL(5). 提取数据,画图 12(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR KPOINTS INCAR System =hcp Mg ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02 NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 K-Points 0Monkhorst Pack 21 21 21 0 0 0VASP提供各种POTCARHcp-Mg 3.208 0.5 -0.866 0 0.5 0.866 0 0.0 0.0 1.6 2 Direc
13、t0.0 0.0 0.00.66667 0.33333 0.513(2). 优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3)固定晶格参数, 求出能态密度(DOSCAR), 确定费米能量(i)找到平衡晶格常数后, 把该值写入到POSCAR文件中,并增加K点数 作一个离子步自洽计算(NSW = 0, IBRION = -1) .(ii) 从DOSCAR输出文件中读出态密度和费米能级, 费米能级也可从 OUTCAR中读出.14-6-4-202468100.10.20.30.40.50.6 DOSEnergy态密度图态密度图15(4). 做非自洽计算, 求电子结构 修改INCAR文件: 将参数ICHARG设为 11 修改KPOINTS输入文件 运行VASP程序,从输出文件EIGENVAL中提出电子结构作图16能带图能带图17电荷密度图电荷密度图)0211(BeBe(0001)18操作界面操作界面 计算过程主要在linux系统下进行，VASP软件的图形界面发展还不够完善，计算及提交作业时主要利用的工具是putty和WinSCP。19WinSCP：主要功能是在本地与远程计算机间安全的复制文件 20Putty界面向linux系统提交作业工具21
