VASP表面计算步骤小结

VASP表面计算步骤小结（侯博士）一、概述

vasp用“slab”模型来模拟表面体系结构。

vasp计算表面的大概步骤是：

材料体性质的计算；表面模型的构造；表面结构的优化；表面性质的计算。

二、分步介绍

1、材料体性质计算：

本步是为了确定表面计算时所需的一些重要参数：ENCUT、SIGMA（smearing 方法为ISMEAR＝1 或0时；而通常表面体系结构优化时选择这种smearing方法）、晶格参数。

<一>

在计算前，要明确：何种PP；ENCUT；KPOINTS ;SIGMA;PREC;EX-CO，这其实是准备proper input files。

a. 何种PP

选择的PP能使计算得到的单个原子能量值在1meV~10meV之间。［参见P 21］所求得的单原子能量（对称性破缺时）可用来提高结合能的精度。

b. ENCUT [ 参见P 14 ]

选择的ENCUT应使得总能变化在0.001eV左右为宜。

注意：试探值最小为POTCAR中的ENMAX（多个时，取最大的），递增间隔50；

另外，在进行变体积的结构优化时，最好保证ENCUT＝1.3ENMAX，以得到合理精度。

c. PREC ［参见P 16］

控制计算精度的最重要参数，决定了（未指定时）ENCUT、FFT网格、ROPT取值。

一般计算取NORMAL；当要提高Stress tensor计算精度时，HIGH 或ACCURATE，并手动设置ENCUT。

d. EDIFF ＆ EDIFFG ［参见P16］

EDIFF 判断电子结构部分自恰迭代时自恰与否，一般取默认值＝1E－4；

EDIFFG 控制离子部分驰豫

e. ISTART ＆ ICHARGE ［参见P 16］

ISTART = 1, ICHARG = 11：能带结构、电子态密度计算时；

ISTART =0, ICHARG = 2：其余计算

ISTART = 1，ICHARG = 1（其他所有不改变）：断点后续算设置

f. GGA & VOSKOWN ［参见P 16］

GGA＝91： Perdew -Wang 91；

GGA＝PE： Perdew-Burke-Ernzerhof

VOSKOWN＝1（ GGA＝91时）；VOSKOWN＝默认（其余情况）

g. ISIF ［参见P 16］

控制结构参数之优化。在对原胞进行变形状或者体积的优化时，ENCUT要取大（比如1.3ENMAX或PREC＝HIGH）,以消除Pulay Stress导致的误差。

h. ISMEAR & SIGMA ［参见P 18］

进行任何静态计算时，且K点数目大于4，ISMEAR＝－5；

当原胞太大，导致K点数目小于4时，ISMEAR = 0，并且要设置一个SIGMA；

对绝缘体和半导体，不论是静态计算还是结构优化，ISMEAR = -5；

对金属体系，SMEAR=1和 2，并且设置一个SIGMA；

能带结构计算，用默认值：ISMEAR＝1，SIGMA＝0.2；

一般来说，对于任何体系，任何计算，采用ISMEAR＝0，并选择合适的SIGMA都会得到合理结果。

选择的SIGMA应使得entropy T*S EENTRO 绝对值最小。K 点数目变化后，SIGMA需再优化。

i. RWIGS [参见P 19]

一般取POTCAR中以A为单问的RWIGS值。

j. K points [参见P 19]

选择的K点应使得总能变化在0.001eV左右即可。

k. 一些重要的参数在默认下的值NSW =0，IBRION＝－1，ISIF＝2：静态计算。

<二>

a. 体材料结合能修正。［参见P 21］

在OUTCAR中energy without entropy之后的那个能量值，就是修正值

b. 结构参数优化。［参见P 22］简单情况（没有内部自由度如晶胞形状、原子位置）：静态计算，得出E～V关系，然后用Birch-Murnaghan状态方程拟合。

复杂情况：

总思路是先“建立好房子”，再“放好桌子”。

先算一步结构优化（取ISIF＝5，只改变“房子”形貌，房间大小不变，家具不予考虑），接着算一步静态自恰计算，从而得到某结构参数下的能量，如此循环得到E～V关系。用状态方程拟合得到平衡体积。

在该体积下，重复1（取ISIF＝2,房子造好后，考虑的是如何放家具。此处一般是使得每个家具受力达到某中小即可认为达到稳定结构）、2两步，便得到了所有的晶格参数值，如离子坐标。

c. VASP得到的总能即是结合能，不过还要减去前面得到的修正值。

d. 自恰的电荷密度［参见P 26］

优化得到晶格参数后，再进行静态的自恰计算，就得到了自恰的电荷密度。

此时的POSCAR为从优化晶格参数时可CONTCAR得到。

KPOINTS 不变

典型的INCAR设置是：

ENCUT = 250

ISTART = 0; ICHARG = 2

ISMEAR = -5

PREC = Accurate

计算完后，注意保存相关结果，相应命令为：

$mkdir scf

$tar czvf chg.tgz CHG*

$cp INCAR KPOINTS POSCAR OUTCAR chg.tgz scf/.

最后，进行面电荷密度分析：先建立rho.vasp，再用VENUS软件打开。

e. 能带结构计算［参见P 28］

这是在自恰计算完成后的非自恰计算：

准备好产生K 点的syml文件；

用gk.x产生KPOINTS；

将前面静态自恰得到的chg.tgz解压缩；

设置INCAR，注意NBANDS

进行非自恰静态计算。得到EIGENVAL文件。

修改syml，然后用pbnd.x把EIGENVAL转换成bnd.dat 和 highk.dat 。再用origin画图。

f. 电子态密度［参见P 29］

这也是在自恰完成后的非自恰静态计算：

准备好K点，增加网络；

准备好INCAR，注意RWIGS取值；

利用自恰得到的电荷密度，进行非自恰的静态计算；

得到DOSCAR；

利用split_dos对DOSCAR进行分割。

2、slab模型的构造［参见P31］

构建slab模型的要素：体材料的晶格参数；表面特征（米勒指数、二维周期性）；真空层以及原子层厚度。其中二维周期性的选择，对于bared surface，应当取不同的值，以考察是不是有重构现象；而对于有缺陷的，则依据要考察的缺陷浓度选择。

厚度的选取，是依据不同厚度对总能的影响来决定的。