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第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP

簡介基本任務(wù)輸入文件輸出文件程序舉例操作界面1第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP簡介1第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP簡介1第一性原理電簡介—VASP是什么全稱ViennaAb-initoSimulationPackage是目前材料模擬和計算材料科學研究中非常流行的商用軟件之一。是一個采用平面波贗勢(或綴加投影波)方法進行從頭的分子動力學模擬的軟件包?；?有限溫度下的，對電子氣而言)局域密度近似，自由能作為電子氣密度的泛函在每個MD時間步長內(nèi)精確求解電子氣的瞬時基態(tài)2簡介—VASP是什么2簡介—VASP是什么2簡介—VASP是什么2基本任務(wù)

晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算晶體的磁學性質(zhì)計算優(yōu)化晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)內(nèi)部自由度弛豫結(jié)構(gòu)弛豫表面體系的基本性質(zhì)的計算3基本任務(wù)晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算基本任務(wù)晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算POTCARKPOINTSPOSCARINCAR輸入文件pseudopotentailfile（贗勢文件，軟件本身具有，用時選擇合理的即可）Brillouinzonesampling（k點取樣設(shè)置文件）structuraldata（描述體系結(jié)構(gòu)的文件）steeringparameters（計算控制參數(shù)文件）4POTCAR輸入文件pseudopotentailfilePOTCAR輸入文件pseudopotentailfileINCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值

System、ISTART、ENCUT、NELM、EDIFF、EDIFFG、GGA、NPAR、NSW、IBRION、ISIF、ISYM、LWAVE、LCHARG等例：靜態(tài)計算(計算總能和自洽的電荷密度)時經(jīng)驗推薦自己手動設(shè)置ENCUT,SYSTEM,ISTART,ICHARG,ISMEAR,EDIFF,PREC等的值。SYSTEM=SiliconENCUT=350ISTART=0ICHARG=2ISMEAR=-5EDIFF=1E-5PREC=Accurate設(shè)置標題，以說明所計算的體系設(shè)置平面波切斷動能(不采用默認值)說明這次計算是一次全新的計算按體系中的原子構(gòu)造初始的原子密度采用四面體方法電子迭代的收斂標準是1E-5精度為Accurate可以在一行設(shè)置多個關(guān)鍵詞（即參數(shù)）的值，但是每個關(guān)鍵值之間用分號(;)隔開。如ISMEAR=0;SIGMA=0.2。當想不用INCAR中某個關(guān)鍵詞的值時，在該行前面加上井號(#)注釋掉，如#ISMEAR=0;SIGMA=0.25INCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值System、IINCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值System、IPOSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCAR文件第七行以字母D開頭表示下面的是分數(shù)坐標，如果是以C或K開頭表示下面的坐標是卡笛爾坐標。CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Direct0.000.000.000.250.250.25CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Cartesian0.000.000.000.250.250.25設(shè)置體系的名稱晶格常數(shù)或縮放系數(shù)原(或晶)胞的基矢每類原子的個數(shù)確定按何種坐標來寫原子位置第一類原子的第一個坐標第二類原子的第一坐標6POSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCAPOSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCA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)、空間群和烏科夫(Wyckoff)坐標;b)用MaterialStudio中Crystalbuilder或其他的晶體學軟件畫出晶體，并得到各個原子的坐標;c)根據(jù)空間群國際表寫出各等價位置;d)晶體數(shù)據(jù)庫。目前常采用的是利用MaterialsStudio中的CASTEP模塊得到結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，具體操作如下圖。7如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的POSCAR：7如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的POSCAR：7如何寫出具有復(fù)雜所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-pointsenteredmanually5Reciprocal0.5000.0000.5001.000.4750.0000.4751.000.4500.0000.4501.000.4250.0000.4251.000.4000.0000.4001.00標題或注釋行，無特別意義K點的數(shù)目以字母R開頭表示k點是按倒格子坐標系前三個數(shù)是k點的坐標，最后一個數(shù)是相應(yīng)k點的權(quán)重(下面共5個k點)如果是以卡笛爾坐標系來寫k點坐標，則第三行以字母C開頭。KPOINTS輸入文件:控制K點的選取方式9按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-poin按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-poinPOTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容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…………

10POTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容POTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件DOSCAR:電子態(tài)密度文件EIGENVAL:本征值文件OSZICAR:每次迭代或原子遲豫(或MD)的信息CHG和CHGCAR:電荷密度文件WAVECAR:波函數(shù)文件CONTCAR:原子遲豫或MD后的體系結(jié)構(gòu)文件IBZKPT:布里淵區(qū)中的k點PCDAT:對關(guān)聯(lián)函數(shù)XDATCAR:在MD時,原子位置變化的跟蹤文件PROCAR和PROOUT:波函數(shù)投影或分解的文件LOCPOT:總的局域勢ELFCAR:電子局域函數(shù)11輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件11輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件11輸出文件OUTC程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:

(1).生成4個輸入文件:POSCAR、POTCAR、INCAR、KPOINTS(2).優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)(3).固定晶格參數(shù),求出能態(tài)密度(DOSCAR),確定費米能量(4).修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽計算,得到輸出文件EIGENVAL(5).提取數(shù)據(jù),畫圖12程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:(1).生成4個輸入文件:POSCAR

POTCAR

KPOINTSINCAR

System=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02

NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各種POTCARHcp-Mg3.2080.5-0.86600.50.86600.00.01.62Direct0.00.00.00.666670.333330.513(1).生成4個輸入文件:POSCARPOTCAR(1).生成4個輸入文件:POSCARPOTCAR(2).優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)固定晶格參數(shù),求出能態(tài)密度(DOSCAR),確定費米能量找到平衡晶格常數(shù)后,把該值寫入到POSCAR文件中,并增加K點數(shù)作一個離子步自洽計算(NSW=0,IBRION=-1).(ii)從DOSCAR輸出文件中讀出態(tài)密度和費米能級,費米能級也可從

OUTCAR中讀出.14(2).優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)固定晶(2).優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)固定晶態(tài)密度圖15態(tài)密度圖15態(tài)密度圖15態(tài)密度圖15(4).做非自洽計算,求電子結(jié)構(gòu)

修改INCAR文件:將參數(shù)ICHARG設(shè)為11

修改KPOINTS輸入文件運行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結(jié)構(gòu)作圖16(4).做非自洽計算,求電子結(jié)構(gòu)修改INCAR(4).做非自洽計算,求電子結(jié)構(gòu)修改INCAR能帶圖17能帶圖17能帶圖17能帶圖17電荷密度圖Be(0001)18電荷密度圖Be(0001)18電荷密度圖Be(0001)18電荷密度圖Be(0001)18操作界面

計算過程主要在linux系統(tǒng)下進行，VASP軟件的圖形界面發(fā)展還不夠完善，計算及提交作業(yè)時主要利用的工具是putty和WinSCP。19操作界面計算過程主要在linux系統(tǒng)下進行，操作界面計算過程主要在linux系統(tǒng)下進行，WinSCP：主要功能是在本地與遠程計算機間安全的復(fù)制文件20WinSCP：主要功能是在本地與遠程計算機間安全的復(fù)制文件WinSCP：主要功能是在本地與遠程計算機間安全的復(fù)制文件Putty界面——向linux系統(tǒng)提交作業(yè)工具21Putty界面——向linux系統(tǒng)提交作業(yè)工具21Putty界面——向linux系統(tǒng)提交作業(yè)工具21Putty第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP

簡介基本任務(wù)輸入文件輸出文件程序舉例操作界面22第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP簡介1第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件：VASP簡介22第一性原理簡介—VASP是什么全稱ViennaAb-initoSimulationPackage是目前材料模擬和計算材料科學研究中非常流行的商用軟件之一。是一個采用平面波贗勢(或綴加投影波)方法進行從頭的分子動力學模擬的軟件包?；?有限溫度下的，對電子氣而言)局域密度近似，自由能作為電子氣密度的泛函在每個MD時間步長內(nèi)精確求解電子氣的瞬時基態(tài)23簡介—VASP是什么2簡介—VASP是什么23簡介—VASP是什么2基本任務(wù)

晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算晶體的磁學性質(zhì)計算優(yōu)化晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)內(nèi)部自由度弛豫結(jié)構(gòu)弛豫表面體系的基本性質(zhì)的計算24基本任務(wù)晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算基本任務(wù)晶體的電子結(jié)構(gòu)(如態(tài)密度、能帶、電荷密度）計算POTCARKPOINTSPOSCARINCAR輸入文件pseudopotentailfile（贗勢文件，軟件本身具有，用時選擇合理的即可）Brillouinzonesampling（k點取樣設(shè)置文件）structuraldata（描述體系結(jié)構(gòu)的文件）steeringparameters（計算控制參數(shù)文件）25POTCAR輸入文件pseudopotentailfilePOTCAR輸入文件pseudopotentailfileINCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值

System、ISTART、ENCUT、NELM、EDIFF、EDIFFG、GGA、NPAR、NSW、IBRION、ISIF、ISYM、LWAVE、LCHARG等例：靜態(tài)計算(計算總能和自洽的電荷密度)時經(jīng)驗推薦自己手動設(shè)置ENCUT,SYSTEM,ISTART,ICHARG,ISMEAR,EDIFF,PREC等的值。SYSTEM=SiliconENCUT=350ISTART=0ICHARG=2ISMEAR=-5EDIFF=1E-5PREC=Accurate設(shè)置標題，以說明所計算的體系設(shè)置平面波切斷動能(不采用默認值)說明這次計算是一次全新的計算按體系中的原子構(gòu)造初始的原子密度采用四面體方法電子迭代的收斂標準是1E-5精度為Accurate可以在一行設(shè)置多個關(guān)鍵詞（即參數(shù)）的值，但是每個關(guān)鍵值之間用分號(;)隔開。如ISMEAR=0;SIGMA=0.2。當想不用INCAR中某個關(guān)鍵詞的值時，在該行前面加上井號(#)注釋掉，如#ISMEAR=0;SIGMA=0.226INCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值System、IINCAR輸入文件：設(shè)置程序控制參數(shù)的值System、IPOSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCAR文件第七行以字母D開頭表示下面的是分數(shù)坐標，如果是以C或K開頭表示下面的坐標是卡笛爾坐標。CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Direct0.000.000.000.250.250.25CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Cartesian0.000.000.000.250.250.25設(shè)置體系的名稱晶格常數(shù)或縮放系數(shù)原(或晶)胞的基矢每類原子的個數(shù)確定按何種坐標來寫原子位置第一類原子的第一個坐標第二類原子的第一坐標27POSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCAPOSCAR輸入文件：描述體系結(jié)構(gòu)例:SiC體系的POSCA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)、空間群和烏科夫(Wyckoff)坐標;b)用MaterialStudio中Crystalbuilder或其他的晶體學軟件畫出晶體，并得到各個原子的坐標;c)根據(jù)空間群國際表寫出各等價位置;d)晶體數(shù)據(jù)庫。目前常采用的是利用MaterialsStudio中的CASTEP模塊得到結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，具體操作如下圖。28如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的POSCAR：7如何寫出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的晶體的POSCAR：28如何寫出具有復(fù)所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾29所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾29所得到的數(shù)據(jù)所在文件夾8按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-pointsenteredmanually5Reciprocal0.5000.0000.5001.000.4750.0000.4751.000.4500.0000.4501.000.4250.0000.4251.000.4000.0000.4001.00標題或注釋行，無特別意義K點的數(shù)目以字母R開頭表示k點是按倒格子坐標系前三個數(shù)是k點的坐標，最后一個數(shù)是相應(yīng)k點的權(quán)重(下面共5個k點)如果是以卡笛爾坐標系來寫k點坐標，則第三行以字母C開頭。KPOINTS輸入文件:控制K點的選取方式30按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-poin按普通格式手動輸入各個k點(推薦用在計算能帶時)k-poinPOTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容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…………

31POTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容POTCAR輸入文件:贗勢文件Si的一種勢函數(shù)的部分內(nèi)容輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件DOSCAR:電子態(tài)密度文件EIGENVAL:本征值文件OSZICAR:每次迭代或原子遲豫(或MD)的信息CHG和CHGCAR:電荷密度文件WAVECAR:波函數(shù)文件CONTCAR:原子遲豫或MD后的體系結(jié)構(gòu)文件IBZKPT:布里淵區(qū)中的k點PCDAT:對關(guān)聯(lián)函數(shù)XDATCAR:在MD時,原子位置變化的跟蹤文件PROCAR和PROOUT:波函數(shù)投影或分解的文件LOCPOT:總的局域勢ELFCAR:電子局域函數(shù)32輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件11輸出文件OUTCAR:最主要的輸出文件32輸出文件OUTC程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:

(1).生成4個輸入文件:POSCAR、POTCAR、INCAR、KPOINTS(2).優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)(3).固定晶格參數(shù),求出能態(tài)密度(DOSCAR),確定費米能量(4).修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽計算,得到輸出文件EIGENVAL(5).提取數(shù)據(jù),畫圖33程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:程序舉例用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶，分如下幾步:(1).生成4個輸入文件:POSCAR

POTCAR

KPOINTSINCAR

System=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02

NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各種POTCARHcp-Mg3.2080.5-0.866