VASP流程&输入文件

VASPViennaAb-initioSimulationPackage输入和输出文件2学习目标•理解VASP的计算流程•掌握VASP各输入输出文件的意义•掌握VASP各输入文件的创建•熟悉INCAR中各个参数的意义•熟记INCAR中需要更改的参数意义3VASP结构优化计算流程读取输入文件•INCAR•POSCAR•POTCAR•KPOINTS自洽迭代•通过求解薛定谔方程确定波函数•在计算过程中确定体系总能量•当连续两次总能差值小于能量收敛精度，则完成一次自洽迭代。原子弛豫•每次自洽迭代结束之后输出原子受力。•当原子受力满足原子力收敛精度，则结束结构优化。Fortran语言编写数学库文件vasp.5.lib.tar.gz主要代码vasp.5.x.tar.gz贋势(LDA和GGA)VASP软件包介绍一些用来处理计算数据的script和tools图形界面软件MedeA（含建模、计算及性质预测、数据处理）4POTCAR:文件包含了体系中各类元素的赝势POSCAR:文件描述了所计算的体系的晶胞参数（包括基矢，晶格常数，原子类型，坐标位置）KPOINTS:k点设置，可手动或自动产生。INCAR:文件控制了VASP进行何种性质的计算VASP基本输入文件介绍5OUTCAR:计算结果主要输出文件OSZICAR:每次迭代或原子迟豫(或MD)的能量信息CONTCAR:原子迟豫或MD后的体系结构文件，分数坐标，用于续算CHG和CHGCAR:电荷密度文件WAVECAR:波函数文件DOSCAR:电子态密度文件EIGENVAL:各k点本征值文件，能带数目，能量范围XDATCAR:每次原子弛豫后的每一步轨迹文件IBZKPT:布里渊区中的k点PCDAT:对关联函数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VASP基本输出文件介绍6POTCAR在VASP最新版本中，VASP贋势库仅提供投影缀加平面波（PAW）赝势：按交换关联函数分：LDA和GGA-PBE按是否处理了semi-core态：A，A_sv，A_pv和A_d（A为元素名称；s、p、d为原子轨道）按赝势文件中ENMAX（截断能）的大小：普通赝势A，软赝势A_s和硬赝势A_h在具体做材料计算时，注意赝势种类的选取。8POTCARVASP贋势文件夹中包含两个压缩文件：potpaw_LDA和potpaw_PBE。potpaw_LDA==PAW,LDA；potpaw_PBE==PAW,GGA,PBE操作：根据泛函及精确度选择需要的贋势文件；catfile1file2file3…POTCAR，将所有贋势文件合并成一个文件POTCAR。注意：赝势的种类要一致赝势使用的泛函要与INCAR中选择的泛函一致（PBE的泛函要选择PBE的赝势）9POSCARPOSCAR文件示例一：Pd（Fm-3m）！任意文字注释（一般为体系名称）1.0！晶胞缩放系数0.001.93351.9335！晶格矢量1.93350.001.93351.93351.93350.00Pd！原子种类1！原子个数Selectivedynamics！是否要固定部分原子的坐标Direct！输入坐标的格式（direct模式，Carteisan）0.000.000.00（TTT）！原子的位置，T为不固定，F为固定（P1）13.8670.000.000.003.8670.000.000.003.8674Direct！分数坐标0.000.000.000.000.500.500.500.000.500.500.500.00POSCARPOSCAR文件示例二：11Pd（P1）13.8670.000.000.003.8670.000.000.003.8674C！绝对坐标0.00000.00000.00000.00001.93351.93351.93350.00001.93351.93351.93350.0000POSCARPOSCAR文件示例三：12POSCAR提示：a)输入坐标的格式（第八行）共有两种：‘Direct’or‘D’or‘d’fordirectmode‘Cartesian’or‘C’or‘c’or‘K’or‘k’forcartesianmodeb)各元素原子坐标的排列顺序必须与POSCAR中第6行的原子种类的顺序及POTCAR中的贋势顺序一致。c)若需要固定部分原子，则可以在原子位置后边添加对x、y、z三个方向是否固定的判断参数（T为不固定，F为固定）13KPOINTS常见格式一（自动生成k点）：Automesh标题或注释行，无特别意义00表示自动产生k点G（M）以字母G开头表示按M-P方法以Γ点为中心自动产生k点999沿各个基失方向上分割各基失（K点网格）的点数000对所按网格分割产生的k点进行平移的量（这里不平移）14常见格式二：•按Line模式手动输入各个高对称k点（计算能带）highsymmetrylines标题或注释行，无特别意义10每对高对称点之间产生10个k点Line-mode以字母L开头表示按line模式产生k点Rec以字母R开头表示k点按倒格子坐标系0.000.000.00!gamma每个对称点的“xyz”坐标0.500.500.00!X0.500.500.00!X0.500.750.25!W0.500.750.25!W0.000.000.00!gammaKPOINTS共三对高对称点，沿着GammaXWGamma计算能带，每对高对称点之间产生10个k点1）如果是以笛卡尔坐标系（绝对坐标）来写k点坐标，则第4行以字母C开头2）高对称点K由空间群来确定15提示：1.对六角晶系的结构，强烈推荐采用以Γ为中心按M-P网格产生k点2.K点网格大小k1,k2,k3按晶格参数a,b,c的长度进行合适选取即：尽量保证k1*a≈k2*b≈k3*c。3.一般选取N1,N2和N3为奇数，以便产生的k点包含Γ点，（自动产生K点的模式）4.一般来说，k点越密越多，计算精度也越高，计算成本也越高。对于k点的需求，金属半导体，绝缘体，不过呢，很多时候主要还是受硬件限制，简约化可以使k点的数目大大下降。5.一般对于大体系，K点的设置取Gamma点即可（a,b,c均大于10Å）KPOINTS16INCARVASP的INCAR文件1.初始参数2.电子的优化3.原子弛豫（结构优化；分子动力学）4.态密度积分和参数5.其他17INCAR该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：（1）对所计算的体系进行注释：SYSTEM（2）定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：INIWAV，ICHARG，ISTART，（3）SCF（自洽迭代）过程控制参数：（3.1）平面波截断能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG（3.2）电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG（3.3）电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX（3.4）自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，EDIFF（3.5）smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA（3.6）计算电子局域函数和总的局域势：LELF，LVTOT18INCAR（4）态密度控制参数（4.1）计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS（4.2）计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT（5）离子弛豫过程控制参数：（5.1）离子如何移动及步长和步数：IBRION，POTIM，ISIF，NSW，NFREE（5.2）离子弛豫收敛标准：EDIFFG（6）分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，PSTRESS（7）其它（7.1）体系参数：NELECT、NBANDS（7.2）计算精度和对称性控制：PREC，ISYM，SYMPREC（7.3）交换关联函数：VOSKOWN，NPACO，APACO（7.4）逻辑参数：LREAL，LCORR，LWAVE，LCHARG，NPAR（7.5）磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN（7.6）强关联体系L(S)DA+U：LDAU,LDAUTYPE,LDAUL,LDAUU,LDAUJ（7.7）杂化计算：LHFCALC，HFSCREEN，TIME，LMAXFOCK19INCAR•SYSTEM:注释所计算的体系，以示说明。•ISTART:如果计算目录中有WAVECAR文件，则默认值为1，否则为0。可赋予值为0|1|2|3。决定是否读入WAVECAR：0:开始新的计算，按INIWAV初始化波函数1:接着计算，通常用在测试ENCUT的收敛性以及计算结合能曲线(体积和总能的关系)2:接着计算，通常用在希望保持基矢不变的计算中3:接着计算，读入上一次计算得到的电荷密度和波函数，不推荐用1.初始参数20INCAR•ICHARG:如果ISTART=0，则默认值为2，否则为0。决定如何构造初始的电荷密度0:从初始的波函数构造1：从CHGCAR读入，并同原子密度进行线性插值2:构造原子电子密度线性组合（LCAO），初始的电子密度由赝势来决定11：读入自洽的CHGCAR，并进行能带计算或态密度的非自洽计算12:非自洽的原子密度计算1.初始参数21INCAR•ISTART和ICHARG•这两个关键词分别定义了如何构建初始的波函数和电荷密度、读入上一次的波函数和电荷密度。•推荐的做法：•进行能带结构、电子态密度等性质的计算时：设置ISTART=1,ICHARG=11。•其他的情况：一般都设置ISTART=0,ICHARG=2。•如果由于断电或其他情况，程序停止运行了，但是又想接着计算：此时设置ISTART=1,ICHARG=1。1.初始参数22INCAR•2.1自洽迭代步数和收敛标准：NELM,NELMIN,NELMDL,EDIFF.•2.2平面波截断能和缀加电荷时的切断值：ENCUT.•2.3电荷密度混合方法:IMIX,AMIX,AMIN,BMIX,AMIX-MAG,BMIX-MAG.WC,INIMIX,MIXPRE,MAXMIX.•2.4电子部分优化的方法：ALGO,IALGO,LDIAG.电子优化需要设置的参数有EDIFF和ENCUT,其他参数使用默认。由于NELM的默认是60，如果无法自洽收敛，需要设置电荷电荷密度混合方法。电子部分优化得参数可以选设，如IALGO.2.电子优化23INCAR•NELM:允许电子自洽迭代的最大步数。默认值为60。如果超过了40步还没有收敛的话，推荐对IALGO、LDIAG和混合参数进行手动设置到合理的值。•EDIFF:EDIFF是电子自洽收敛标准参数。默认值为1E-4。当连续两次迭代中总能和本征值的变化都小于EDIFF时，则电子自洽迭代循环停止。•ENCUT:确定平面波截断能，默认值从POTCAR中读入•ALGO:确定电子优化的算法:Normal:则IALGO=38(也就是blockedDavidson方法)VeryFast:则IALGO=48(RMM-DIIS算法)Fast:上面两种算法混着使用2.电子优化24INCAR•1.原子如何移动以及步长，步数和弛豫收敛条件：IBRION,ISIF,POTIM,NSW,EDIFFG,NFREE.•2.分子动力学相关参数：SMASS,TEBEG,TEEND,POMASS,NBLOCK,KBLOCK,PSTRESS,NSW,POTIM.3.原子弛豫25INCAR3.1原子如何移动以及步长和步数•IBRION:决定了原子如何移动或迟豫。如果NSW=0或1，则默认值为－1，否则为0。可赋予值为－1|0|1|2|3|5。IBRION=0表示进行分子动力学模