张平_第一原理电子结构计算程序_VASP

第一原理电子结构计算程序：VASP•程序原理•输入文件•输出文件•应用POTCARKPOINTSPOSCARINCAR输入文件pseudopotentailfileBrillouinzonesamplingstructuraldatasteeringparametersChoosingPOTCARfileLDAGGAPAW_LDAPAW_GGAPAW_PBE(VASP4.5)CheckfollowinglineinPOTCARLEXCH=CAor91GGA=LPAW=T基本任务•计算电子态密度,能带,电荷密度•优化晶体参数•内部自由度弛豫•结构弛豫INCAR输入文件:程序控制参数System=diamondSiISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02GGA=91NPAR=4NSW=100IBRION=2ISIF=2ISYM=1LWAVE=FLCHARG=FPOSCAR输入文件:原胞中的原子位置DiamondSi3.90.00.50.50.50.00.50.50.50.01Direct0.00.00.0基矢的公因子基矢a1基矢a2基矢a3原胞中的原子个数坐标系选为基矢构成的坐标系基矢坐标系下原子的位置)(211kjaarrr+=)(212kiaarrr+=)(213jiaarrr+=KPOINTS输入文件:控制K-点的选取方式K-Points0MonkhorstPack111111000POTCAR输入文件:赝势文件USSi4.00000000000000000parametersfromPSCTRare:VRHFIN=Si:s2p2LEXCH=CAEATOM=115.7612eV,8.5082RyGGA=-1.4125-1.4408.0293-.9884eVTITEL=USSiLULTRA=TuseultrasoftPP?IUNSCR=1unscreen:0-lin1-nonlin2-noRPACOR=1.580partialcoreradiusPOMASS=28.085;ZVAL=4.000massandvalenzRCORE=2.480outmostcutoffradiusRWIGS=2.480;RWIGS=1.312wigner-seitzradius(auA)ENMAX=150.544;ENMIN=112.908eVEAUG=241.945…………输出文件OUTCARCONTCARCHGCARCHGWAVECARDOSCAREIGENVALOSZICARLOCPOTPROOOUT示例1:用VASP求硅的电子态密度和能带分如下几步:(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTS(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,得到输出文件EIGENVAL(5).提取数据,画图(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTSSystem=diamondSiISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1DiamondSi5.50.00.50.50.50.00.50.50.50.02Direct0.00.00.00.250.250.25K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各种POTCAR(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数运行VASP程序,查看SUMMARY.fcc输出文件:(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,费米费米能级也可从OUTCAR中读出.(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中提出电子结构画出电荷密度•VASP输出电荷密度文件CHGCAR•采用免费程序LEV00处理数据文件CHGCARwww.cmmp.ucl.ac.uk/lev-3-2-10123-3-2-101(Å)(Å)00.070.140.210.280.340.410.480.55示例2: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:POSCARPOTCARINCARKPOINTS(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,得到输出文件EIGENVAL(5).提取数据,画图(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTSSystem=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各种POTCARHcp-Mg3.2080.5-0.86600.50.86600.00.01.62Direct0.00.00.00.666670.333330.5c/a)2321(1jiaarrr−=kcarr=3)2321(2jiaarrr+=(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数hcp结构晶体含有一个内部自由度,晶格参数优化过程要比立方结构费时Mg:a=3.208,c/a=1.6(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,费米费米能级也可从OUTCAR中读出.-6-4-202468100.10.20.30.40.50.6DOSEnergy(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)2321(1jiaarrr−=kcarr=3)2321(2jiaarrr+=)33(21jiabrrr−=π)33(22jiabrrr+=πkcbrrπ23=)0,0,0(000321=++=Γbbbrrr)0,31,31()(3121=+=bbKrr)0,0,5.0(5.01==bMr)5.0,0,0(5.03==bAr)5.0,5.0,5.0(5.05.05.0321=++=bbbHrrr)5.0,0,5.0(5.005.0321=++=bbbLrrrk-pointsalonghighsymmetrylines100!100intersectionsLinemoderec000!gama0.33330.33330!K0.33330.33330!K0.50.00.0!M0.50.00.0!M000!gama000!gama000.5!A000.5!A0.33330.33330.5!H0.33330.33330.5!H0.50.00.5!L0.50.00.5!L000.5!AKPOINTS文件:电荷密度)0211(BeBe(0001)示例3:用VASP求铅锌矿结构CoO的电子结构设CoO呈铁磁性,故需做自旋极化计算(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTS(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,得到输出文件EIGENVAL(5).提取数据,画图(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTSSystem=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02ISPIN=2NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各种POTCAR)2321(1jiaarrr−=kcarr=3)2321(2jiaarrr+=2.980.5-0.8660.00.50.8660.00.00.01.73522Direct0.00.00.00.666670.333330.50.666670.333330.13370.00.00.6337ABAB(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数wurtzite晶体含有两个内部自由度,晶格参数优化过程要比立方结构费时CoO:a=2.98,c/a=1.735,u=0.367-24-8-4048-24-8-4048ALMΓAHKΓALMΓAHKΓE(eV)-20-1001020-505DENSITYOFSTATESENERGY(eV)固体材料表面的第一原理计算介绍•VASP程序•构造超原胞•计算表面性质•应用Buildingsurfaces(1)asymmetricsetup(2)symmetricsetupFixedlayers(bulk)coordinatesareoptimizedunitcellvacuum示例1:用VASP求1*1Mg(0001)的表面性质分如下几步:(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCARINCARKPOINTS(2).优化晶格参数,求出体Mg的晶格参数(3).Mg(0001)的原子层数,构造超原胞的POSCAR(4).计算表面性质(5).提取数据,画图Mg(0001):3.2080000.5-0.86602540.00.50.86602540.00.00.010.224416Direct0.00.00.30487880.66666670.33333330.38292730.00.00.46097580.66666670.33333330.53902420.00.00.61707280.66666670.33333330.6951212POSCAR表面性质Surfaceenergy)(21bulkatomsurfENE×−=σGeometrygettingrelaxedstructurefromCONTCARRelaxationofsurfacelayers:%100×−ideaideaidddHeatofformationofoverlayersofAonsubstrateB2)2()()()(2)()(AbulkBslabAnBslabAnnEEEH+−=+(Shouldusethesameenergycutoffforeachcalculation)LocalDensityofstatesINCAR:RWIGS=γÅ(worksonlyforNPAR=1orserialversion)LORBIT=11(onlyforPAW)ISMEAR=-5(usetetrahedronforDOScalculations)NPAR=1Outputfile:DOSCAR(energy,s-dos,p-dos,d-dosforeachatom)PROCAR(dosforeachbandandk-point)Workfunction1.Search“E-fermi”inOUTCARtogetfermi-level2.AnalyzeandplotdatainLOCPOTINCAR:LVTOT=.TRUE.Outputfile:LOCPOT(sa