VASP使用总结

VASP计算的理论及实践总结一、赝势的选取二、收敛测试1、VASP测试截断能和K点2、MS测试三、结构弛豫四、VASP的使用流程（计算性质）1、VASP的四个输入文件的设置2、输出文件的查看及指令3、计算单电能(1)测试截断能(2)测试K点4、进行结构优化5、计算弹性常数6、一些常用指令一、赝势的选取VASP赝势库中分为：PP和PAW两种势，PP又分为SP（标准）和USPP（超软）。交换关联函数分为：LDA（局域密度近似）和GGA（广义梯度近似）。GGA又分为PW91和PBE。在VASP中，其中pot,pot-gga是属于超软势（使用较少）。Paw,paw-pbe,和paw-gga是属于PAW。采用较多的是PAW-pbe和PAW-gga。此外vasp中的赝势分为几种，包扩标准赝势(没有下标的)、还有硬（harder）赝势(_h)、软（softer）赝势(_s),所谓的硬（难以赝化），就是指该元素原子的截断动能比较大，假想的势能与实际比较接近，计算得到的结果准确，但比较耗时，难以收敛。软（容易赝化），表示该元素原子的截断动能比较小，赝势模型比较粗糙，但相对简单，可以使计算很快收敛（比如VASP开发的超软赝势）。即硬的赝势精度高，但计算耗时。软的精度低，容易收敛，但节省计算时间。另一种情况：如Gd_3，这是把f电子放入核内处理，对于Gd来说，f电子恰好半满。所以把f电子作为价电子处理的赝势还是蛮好的（类似还有Lu，全满）。（相对其他的4f元素来说，至于把f电子作为芯内处理，是以前对4f元素的通用做法。计算结果挺好）常用的做法是：用两种赝势测试一下对自己所关心的问题的影响情况。在影响不大的情况下，选用不含4f电子的赝势（即后缀是3），一来减少计算量，二来避免DFT对4f电子的处理。【1.赝势的选择：vasp的赝势文件放在目录~/vasp/potentials下，可以看到该目录又包含五个子目录potpot_GGApotpawpotpaw_GGApotpaw_PBE，其中每一个子目录对应一种赝势形式。赝势按产生方法可以分为PP(standardpesudopotential，其中大部分是USPP,ultrasoftpesudopotential)和PAW(projectoraugmentedwavemethod)。按交换关联函数的不同又可以有LDA(localdensityapproximation)和GGA(generalizedgradientapproximation)，其中GGA之下又可以再分为PW91和PBE。以上各个目录对应起来分别是pot==PP,LDA;pot_GGA==PP,GGA;potpaw==PAW,LDA;potpaw_GGA==PAW,GGA,PW91;potpaw_PBE==PAW,GGA,PBE。选择某个目录进去，我们还会发现对应每种元素往往还会有多种赝势存在。这是因为根据对截断能量的选取不同还可以分为Ga,Ga_s,Ga_h，或者根据半芯态的不同还可以分为Ga,Ga_sv,Ga_pv的不同。一般推荐选取PAW_PBE。其中各个元素具体推荐哪种形式的赝势可以参考vaspworkshop中有关赝势部分的ppt。当然自己能测试之后在选择是最好不过的了，以后再聊。2.POTCAR的建立：选好哪一种赝势之后，进入对应的目录，你会看到里边有这么几个文件，POTCAR.ZPSCTR.ZV_RHFIN.ZWS_FTP.LOG。我们需要的是第一个。把它解压，如zcatPOTCAR.ZGa。对As元素我们也可以类似得到一个As文件。用cp命令或者mv命令把这两个文件都移到我们的工作目录里。然后再用cat命令把这两个文件合并在一起，如catGaAsPOTCAR，这样就得到了我们需要的POTCAR。同理，有多个元素的POTCAR也可以这样产生。这里需要注意的是，记住元素的排列顺序，以后在POSCAR里各个元素的排列就是按着这里来的。】二、收敛测试1、VASP测试计算的参数，比如k-points或cutoff，肯定是取的越多越准确，但相对的计算量就会增加，为了既保证计算的精确度，又尽可能的减少计算量，所以进行收敛测试，比较不同的参数，所得的两者的差值，差值符合误差的范围，就认为已经收敛。VASP中收敛测试主要是测试截断能和K点，（注意：按照经验，先优化K点，且根据manu，K8时优先选用偶数。）优化K点时，取ENCUT为POTCAR中的ENMIN就可以了，做完了K点测试之后，再做ENCUT的搜寻比较好。VASP具有单点能计算的功能。也就是说，对一个给定的固定不变的结构（包括原子、分子、表面或体材料）能够计算其总能，即静态计算功能。计算单点能，一般都能得到结果，是否收敛是比较两个计算结果得到的结论，而能否出计算结果应该是对某个确定的计算而言。本人就是通过计算单点能来测试截断能和K点的，先设置一个K点，然后改变截断能来计算单点能（总能即freeenergytoten，也可以说是自由能）；同样的道理，设置一个截断能然后，改变K（K点网格）点，计算单点能。将不同参数下获得的能量整理出来，画成曲线，当能量趋于平稳，即接近收敛时（最小能），此时的结构达到了稳定状态，也就是处于基态。在能量趋于稳定状态的前提下，来看相邻两个参数对应的能量的差值，当两者之差值在误差允许的范围内（一般差值在0.001eV左右，除非结构比较大），此时对应的参数就是我们所需要的。之所以采用计算单点能来测试，是因为单点能计算速度快，需要的参数最少，最多只要在KPOINTS文件中设置一下合适的K点或者在INCAR文件中给定一个截断能ENCUT就可以了。而且其他参数取默认值就好了。还有一个参数就是电子步的收敛标准的设置EDIFF，默认值为EDIFF=1E-4，一般不需要修改这个值。具体来说要计算单点能，只要在INCAR中设置IBRION=-1（默认）也就是让离子不移动就可以了，单点能一般NSW都是0。（其实就选用默认值就可以）点计算就是将所有的迟豫参数去掉，原子已经位于理想的位置。此时得到的能量为点能量。总能计算推荐使用ISMEAR=-5，尤其是对于半导体和绝缘体。除非你的原胞非常大，K点很少，才采用ISMEAR=0，SIGMA=0.052、MS测试(1).我所说的几何优化，具体到castep中为GeometryOptimization，几何优化时，castep通过微调原子坐标使能量最低，当然你可以选择是否优化晶格，但对于计算参数(主要是cutoffenergyandk-points)的收敛测试，主要是测试计算参数对能量计算的影响，因此不需要优化结构；(2).参数收敛测试的目的是：既能准确的计算能量，又使计算量最低。从这个目的出发，在收敛测试时，根据相关文献，比如测试k-points，先选取一较大的cut-off，然后把k-points依次从低到高，将计算的结果与k-points最高的值进行比较(一般认为k-points等越高，越接近于真实情况，但计算量相对也增加)，如果能量收敛了——符合收敛标准，那就认为测试完成；三、结构弛豫结构弛豫的判据一般有两种选择：能量和力。这两者是相关的，理想情况下，能量收敛到基态，力也应该是收敛到平衡态的。但是数值计算过程上的差异导致以二者为判据的收敛速度差异很大，力收敛速度绝大部分情况下都慢于能量收敛速度。这是因为力的计算是在能量的基础上进行的，能量对坐标的一阶导数得到力。计算量的增大和误差的传递导致力收敛慢。【结构优化又叫结构弛豫（structurerelax），是指通过对体系的坐标进行调整，使得其能量或内力达到最小的过程，与动力学退火不同，它是一种在０Ｋ下用原子间静力进行优化的方法。可以认为结构优化后的结构是相对稳定的基态结构，能够在实验之中获得的几率要大些（当然这只是理论计算的结果，必须由实验来验证）。一般要做弛豫计算，需要设置弛豫收敛标准，也就是告诉系统收敛达成的判据（convergencebreakcondition)，当系统检测到能量变化减小到一个确定值时例如EDIFFG=1E-3时视为收敛中断计算，移动离子位置尝试进行下一步计算。EDIFFG这个值可以为负，例如EDIFFG=-0.02，这时的收敛标准是当系统发现所有离子间作用力都小于给定的数值，如０.０２eV/A时视为收敛而中断。弛豫计算主要有两种方式：准牛顿方法(quasi-NewtonRMM-DIIS)和共轭梯度法(CG)两种。准牛顿方法计算速度较快，适合于初始结构与平衡结构（势能面上全局最小值）比较接近的情况，而CG方法慢一些，找到全局最小的可能性也要大一些。选择方法为IBRION=1时为准牛顿方法而IBRION=2时为CG方法。具体来说要做弛豫计算，设置IBRION=1或者2就可以了，其它参数根据需要来设置。NSW是进行弛豫的最大步数，例如设置NSW=100，当计算在100步之内达到收敛时计算自动中断，而100步内没有达到收敛的话系统将在第100步后强制中止（平常计算步数不会超过100步，超过100步可能是计算的体系出了问题）。参数通常可以从文献中发现，例如收敛标准EDIFFG等。有的时候我们需要一些带限制条件的弛豫计算，例如冻结部分原子、限制自旋的计算等等。冻结部分原子可以在POSCAR文件中设置selectivedynamic来实现。自旋多重度限制可以在INCAR中以NUPDOWN选项来设置。另外ISIF选项可以控制弛豫时的晶胞变化情况，例如晶胞的形状和体积等。）】四、VASP的使用流程（计算性质）1、四个输入文件使用VASP计算，首先要熟悉并设置好四个输入文件：POSCAR、POTCAR、KPOINTS、INCAR。（1）POSCAR:要借助MS（materialstudios）软件，在MS中搭建好结构，选择→→Export→→保存在一个磁盘下，保存类型选为CrystallographicInformationFiles，即将结构图保存为.cif格式。（如图所示）先安装一个VESTA软件（windows系统下的就行），打开VESTA软件，并打开这个图标就是以下左图所示的窗口，然后将上一步保存的.cif格式的模型导入这个窗口，可以直接拖进来（或者通过fileopen）。便出现右图。在VESTA中点击→→选择ExportDate→→将模型保存到一个文件下，并将保存类型选为如图所示的VASP的格式，，坐标就选取分数坐标，点击OK，将文件名改为POSCAR就好了。如下图：打开→→点击NewSession→→输入用户名（如iap08）→→点击OK→→输入密码（6个1）→→点击OK。如图所示，可以在界面上输入top（查看是否有任务在进行），退出同时按ctrl和C。点击可以与后台连起来（同win32），在根目录下建立自己计算的文件夹，并将POSCAR拖入文件夹。(2)POTCAR.先将势库放入Xftp连接的后台文件夹下，然后在打开的界面中找到势库中计算所需要的势，然后解压并添加到POTCAR中，在界面中输入的具体步骤是：第一步：ls回车→→cd空hx回车→→ls回车→→cd势文件夹→→ls回车→→cd空paw_pbe回车→→ls回车→→cd空Ce→→ls回车→→zcat空POTCAR.Z空Ce回车，ls就会发现已将所需的势解压出来了，第二步：就是将解压出来的各元素的势都添加到POTCAR中，步骤如下：cat空Ce空Co空B空Si空POTCAR回车（注意这里边各元素的添加顺序一定要与POSCAR中的一致，如图所示），ls发现已经出现了POTCAR这个文件夹。（3）KPOINTSKPOINTS是设置最简单的，只需要在原来的