张平第一原理电子结构计算程序VASP.pdf
VASP原包的计算过程及原理
——by Tan Su
VASP计算流程概括：
首先在Materiale Studio(MS)里导入原包模型，即纯金属模型、氧化 物模型、原子模型等
把原包坐标转换成VASP坐标，用FTP转入所要计算的服务器（a）
然后在SecureCRT中进入服务器a，建立文件夹（mkdir 文件名，如 sut）, 也可以直接用ftp键入好文件夹，在所建好的原包文件件，如 Au中键入四个指标（vi 名称，名称必需大写！） 四个指标分别是：INCAR，KPOINTS，POSCAR，POTCAR 复制VASP脚本，即：cp VASP脚本 交作业： qsub 目录（如所在即是要算的目录，可不加） VASP脚本 作业运行：qstat
ljy01 ： 192.9.207.206 ljy03a：192.9.207.102 ljy07a：192.9.207.102 ljy01b-ljy04b：192.9.207.253 pdr06b: 192.9.207.253 ljy01c：192.9.207.204 ljy01e-ljy02e: 192.9.207.240 ljy01g：192.9.207.18 ljy01h-ljy02h：192.9.200.99 st01d: 192.9.207.206
存成*.cif和*.car文件
16
表面的计算
在VESTA软 件中打开所 要转化的*.cif 文件，如右 图所示，转 化为*.VASP 文件 另外一种方 式见过渡态 计算部分
17
表面的计算
பைடு நூலகம்
固定最上两层，即 最大数值的两个， 所以区域为7-9.5 之间即可
自动生成四个参数，需 要检查参数是否正确
18
一般会进入队列排队（R），也可能出错，请检查OUTCAR文件 多余作业取消：qdel 作业代号
电子结构计算方法概述
第二章电子结构计算方法概述物体所表现的宏观特性都由物体内部的微观结构决定，块状材料在力学、热学、电学、磁学和光学等方面的许多基本性质，如振动谱、电导率、热导率、磁有序、光学介电函数、超导等都由电子结构决定1。
因此，定量、精确地计算材料的电子结构在解释实验现象、预测材料性能、指导材料设计等方面都具有非常重要的意义和作用，也是一个富有挑战性的课题。
第一性原理计算方法概述2.1.1 基本概念与其它理论计算方法类似，电子结构的计算方法大体上也可划分为两类：半经验（或经验）计算方法与第一性原理(First-Principles)计算方法(也有“从头算（ab initio）”这个叫法)。
前者是指在总结归纳某些实验现象与结果的基础上建立起相应的理论模型、计算公式与参数，然后推广应用到研究其它现象和性质的理论方法；后者则、电子电量e、普指仅需采用5个基本物理常数，即电子的静止质量m朗克(Plank)常数h、光速c和玻尔兹曼(Boltzmann)常数k B，而不需要其它任何或经验或拟合的可调参数,就可以应用量子力学原理（Schrödinger方程）计算出体系的总能量、电子结构等的理论方法2。
在计算过程中，它只需知道构成体系的各个元素与所需要模拟的环境（如几何结构），因此有着半经验方法不可比拟的优势。
2.1.2 基本思路量子力学是20世纪最伟大的发现之一，它构成了整个现代物理学（甚至现代化学）的基石，其矩阵力学形式最先由海森堡（W. K. Heisenberg）于1925年创立。
但量子力学最流行的表述形式却是薛定谔（Schrödinger）于次年建立的与矩阵力学形式等价的波动力学形式，它的核心是粒子的波函数及其运动方程——薛定谔方程。
对一个给定的系统，我们可能得到的所有信息都包含在系统的波函数当中。
因此，第一性原理计算方法的基本思路就是将多个原子构成的体系理解为由电子和原子核组成的多粒子系统，然后求解这个多粒子系统的薛定谔方程组，获得描述体系状态的波函数Φ以及对应的本征能量——有了这两项结果，从理论上讲就可以推导出系统的所有性质 2。
vasp
(9) NELM=整数 整数 该关键词确定能量自洽场最大迭代轮数，缺省为60轮 该关键词确定能量自洽场最大迭代轮数，缺省为 轮； NELMIN=整数 整数 在构型优化中，计算每个构象能量时最少迭代轮数， 在构型优化中，计算每个构象能量时最少迭代轮数，一般 为3~4，以保证能量和力的稳定性； ，以保证能量和力的稳定性； (10)
-0.125 -0.125 -0.125 T T T
POTCAR文件内容说明： 文件内容说明： 文件内容说明 VASP程序本身有提供了赝势库，只需将体系各类原子的 程序本身有提供了赝势库， 程序本身有提供了赝势库 赝势合并在一起即可，但需注意到： 赝势合并在一起即可，但需注意到： 1) 赝势类型： 赝势类型： LDA US型赝势 型赝势 GGA PBE LDA PAW型赝势 型赝势 GGA PBE PW91 PW91 US 型 赝 势 所 需 截 至 能 较小，计算速度快， PAW 赝 势 截 至 能 通 常 较大， 较大，而且考虑的电子 数多，计算慢， 数多，计算慢，但精确 度高。 度高。
2) POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需与 中各原子赝势定义的顺序必需与POSCAR中相同： 中相同： 中各原子赝势定义的顺序必需与 中相同
surface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20 Selective dynamics Direct ……
VASP第一性原理计算与案例详解
VASP第⼀性原理计算与案例详解V ASP第⼀性原理计算与案例详解⽬录第⼀章 LINUX命令 (3)1.1 常⽤命令 (3)1.1.1 浏览⽬录 (3)1.1.2 浏览⽂件 (3)1.1.3 ⽬录操作 (3)1.1.4 ⽂件操作 (3)1.1.5 系统信息 (3)第⼆章 SSH软件使⽤ (4)2.1 软件界⾯ (4)2.2 SSH transfer的应⽤ (5)2.2.1 ⽂件传输 (5)2.2.2 简单应⽤ (5)第三章 VASP的四个输⼊⽂件 (5)3.1 INCAR (5)3.2 KPOINTS (6)3.3 POSCAR (6)3.4 POTCAR (7)第四章实例 (8)4.1 模型的构建 (8)4.2 VASP计算 (11)4.2.1 参数测试（VASP）参数设置 (11)4.2.2 晶胞优化(Cu) (18)4.2.3 Cu(100)表⾯的能量 (20)4.2.4 吸附分⼦CO、H、CHO的结构优化 (22)4.2.5 CO吸附于Cu100表⾯H位 (24)4.2.6 H吸附于Cu100表⾯H位 (25)4.2.7 CHO吸附于Cu100表⾯B位 (26)4.2.8 CO和H共吸附于Cu100表⾯ (28)4.2.9 过渡态计算 (29)第⼀章 Linux命令1.1 常⽤命令1.1.1 浏览⽬录cd: 进⼊某个⽬录。
如：cd /home/songluzhi/vasp/CH4cd .. 上⼀层⽬录；cd / 根⽬录；ls: 显⽰⽬录下的⽂件。
注：输⼊⽬录名时，可只输⼊前3个字母，按Tab键补全。
1.1.2 浏览⽂件cat：显⽰⽂件内容。
如：cat INCAR如果⽂件较⼤，可⽤：cat INCAR | more (可以按上下键查看) 合并⽂件：cat A B > C (A和B的内容合并，A在前，B在后) 1.1.3⽬录操作mkdir：建⽴⽬录；rmdir：删除⽬录。
如：mkdir T-CH3-Rh1111.1.4 ⽂件操作rm：删除⽂件；vi：编辑⽂件；cp：拷贝⽂件mv：移动⽂件；pwd：显⽰当前路径。
vasp计算参数设置
软件主要功能：采用周期性边界条件（或超原胞模型）处理原子、分子、团簇、纳米线（或管）、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体l 计算材料的结构参数（键长、键角、晶格常数、原子位置等）和构型l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：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：l 对所计算的体系进行注释：SYSTEMl 定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWA Vl 定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFFl 定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW–分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFGl 定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBITl 其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。
VASP简介ppt课件
☺可以在一行设置多个关键词（即参数）的值，但是每个关键值之间用分 号(;)隔开。如ISMEAR= 0; SIGMA= 0.2。 ☺当想不用INCAR中某个关键词的值时，在该行前面加上井号(#)注释掉， 如#ISMEAR=0; SIGMA = 0.2
5
POSCAR输入文件：描述体系结构
例:SiC体系的POSCAR文件
TITEL = US Si
LULTRA = T use ultrasoft PP ?
IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no
RPACOR = 1.580 partial core radius
POMASS = 28.085; ZVAL = 4.000 mass and valenz
子动力学模拟的软件包。 • 基于(有限温度下的，对电子气而言)局域密度近似，自由
能作为电子气密度的泛函 • 在每个MD时间步长内精确求解电子气的瞬时基态
2
基本任务
• 晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算 • 晶体的磁学性质计算 • 优化晶体的结构参数 • 内部自由度弛豫 • 结构弛豫 • 表面体系的基本性质的计算
标题或注释行，无特别意义 K点的数目 以字母R开头表示k点是按倒格子坐标系 前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应k 点的权重(下面共5个k点)
如果是以卡笛尔坐标系来写k点坐 标，则第三行以字母C开头。
9
POTCAR输入文件: 赝势文件
Si 的一种势函数的部分内容
US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are: VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV
电子结构计算的原理与方法
电子结构计算的原理与方法电子结构计算是一种通过计算准确描述和预测分子和凝聚态材料的电子结构和性质的方法。
该技术在材料科学、化学、物理学以及能源领域的研究中发挥着重要的作用。
本文将重点介绍电子结构计算的原理和方法。
1. 原理电子结构计算的基本原理是根据量子力学的理论，将电子波函数的薛定谔方程求解，得到体系的能量、电子结构等相关信息。
波函数的薛定谔方程为：HΨ = EΨ其中，H为哈密顿算符，Ψ为波函数，E为能量。
哈密顿算符包含了系统的动能和势能：H = T + V其中，T为动能算符，可表示为：T = ∑i(-(hbar)^2/2m_i)\nabla^2_i其中，hbar为普朗克常数除以2π，m_i为电子质量，\nabla_i 为电子的梯度算符。
势能算符V包含了电子之间的库仑相互作用和与原子核之间的相互作用。
电子之间的库仑相互作用可表示为：V_{Coulomb} = ∑i<j(e^2/4πε_0*r_ij)其中，e为元电荷，ε_0为真空电容率，r_ij为两个电子之间的距离，i和j分别表示电子编号。
与原子核之间的相互作用可表示为：V_{nuclear} = ∑i(Z_ie^2/4πε_0*r_i)其中，Z_i为原子核的电荷数，r_i为电子到原子核的距离。
利用波函数的薛定谔方程求解电子体系的能量、电子结构等相关信息，可以采用各种计算方法，如密度泛函理论、哈特里-福克方法、量子蒙特卡罗方法等。
2. 方法目前电子结构计算方法主要包括以下几种。
2.1 密度泛函理论密度泛函理论是一种基于电子密度的理论方法。
电子密度是指在空间坐标上的电子数目。
密度泛函理论主要通过计算体系电子密度，从而得到机制能、结合能、键长等性质。
其中最常用的是局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)。
LDA方法认为每个电子所受的外电子势能只与该电子密度有关。
GGA方法则考虑每个电子周围电子密度的梯度对该电子密度的影响。
密度泛函理论的高效和精确性使其成为当今最有影响力的电子结构计算方法之一。
VASP用VASP46计算晶体硅能带实例用第一原理计算和其它方法研究纳米体系碳纳米管等的电子和自旋结构
Electronic relaxation 2 (details)
Write flags LWAVE = LCHARG =
T write WAVECAR T write CHGCAR
VASP给INCAR文件中的很多参数都设置了默认值，所以如果你对参 数不熟悉，可以直接用默认的参数值。
vaspviennaabinitiosimulationpackageintroductionoutlinelianghunannormaluniversity用vasp46计算晶体硅能带实例用第一原理计算和其它方法研究纳米体系碳纳米管等的电子和自旋结构参考书记introductionvasp是使用赝势和平面波基组进行从头量子力学分子动力学计算的软件包它基于castep1989版开发
P. 10
KPOINTS 文件：
采用自动的Monkhorst-Pack K点撒取方式。对于类似于硅晶体的
半导体材料，通常 4x4x4 的K点网格就够了。
Monkhorst Pack 0 Monkhorst Pack 44 4 00 0
ISIF = 2
stress and relaxation
P. 11
P. 5
第一行就是K点的倒空间的坐标，接下来的8行告诉我们 在那个K点上的8个能级。你可以通过EXCEL或者ORIGIN 之类的画图软件可视化结果。由于现在手头上已经有了 每个K点的能级信息，则将这些K点的能级连接起来就是 所需要的能带图了。下图是用以上步骤算得的硅的能带 图。我们可以看到硅并非是直接能隙的材料。同时，由 于我们用了LDA，所以硅的能隙和实验相比大大被低估 了（实验为1.12eV，计算值~0.6eV）。
vasp基本原理(入门)课件
1 2
2
v'(r)
i' (r) i'i' (r)
(4.23)
N
2
n'(r) i'(r)
i1
vasp基本原理(入门)
(4.24)
Kohn-Sham方程
N
N
' i
(
' i
,
(
1 2
2
v
'
(
r
))
' i
)
i 1
i 1NN(' i
,
1 2
2
' i
)
(
' i
Ts[n]=密度为n(r) 的非相互作用电子体系的动能。 Exc[n]=密度为n(r) 的相互作用电子体系的交换关联能。 Eself-energy[n]=单个粒子的自能。应当扣除自能修正，下面暂时
忽略这一修正。vasp基本原理(入门)
4.5 局域密度近似(LDA)
HK定理已经建立了密度泛函 理论（DFT）的框架，但在实际 执行上遇到了严重困难。主要是 相互作用电子体系的交换关联能
vasp基本原理(入门)
4.7 总能Etot表达式
（不作详细推导，只了解物理意义）
N
Etot
i (r)
1 2
2
i
(r)
n(r)[v(r)
1 2
vH
]dr
i1
ZnZm Rn Rm
Exc[n(r)]
n,m;nm
(4.31)
1 n(r)n(r')
i2
rr'
i
Hartree总能
CeCuGa3电子结构的第一性原理计算研究
CeCuGa3电子结构的第一性原理计算研究【摘要】我们采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算研究了CeCuGa3材料的电子结构。
我们计算确定了其基态磁结构，解释了其形成的原因。
【关键词】稀土金属Ce化合物磁结构费米面电子结构1 引言稀土金属Ce化合物由于具有重费米子行为，不同类型的磁有序等独特的物理性质而引起了科学研究的极大兴趣。
其中晶体结构为BaAl4的CeCuxGa4-x化合物最为代表。
最早报道CeCuGa3在3.5K温度下，其基态为铁磁态[1]。
另外Mentink 等人报道直到温度低到0.4K，CeCuGa3基态为顺磁态[2]。
而Martin等人通过对多晶CeCuGa3样品的研究，发现材料显示近藤晶格行为并且基态为反铁磁态[3]。
最近，Joshi等人再次通过实验对单晶CeCuGa3样品进行了晶体结构和磁学性质的研究，发现材料为4K以下的铁磁态[4]。
面对以上对于样品CeCuGa3相互矛盾的磁基态的报道，本文就采用基于密度泛函理论的vasp软件包对该材料的电子结构和磁学性质进行了计算并讨论了其磁基态性质。
2 模型构建和计算方法CeCuGa3晶体属于四方晶系结构，实验报道空间群为I4/mmm，No.139，如图1所示。
晶格常数a=b=4.273，c=10.44，α=β=γ=90°。
本文计算采用基于密度泛函理论（density functional theory，DFT）的V ASP（Vienna ab-initio simulation package）软件包进行计算。
计算步骤可以概括为三步：（1）对晶胞模型内部原子位置进行结构优化；（2）对材料进行磁构型计算，确定材料磁性基态。
（3）用广义梯度近似法（generalized gradient approximation，GGA）对优化后的理论模型进行单电子能量计算，对单电子能量计算结果进行总态密度（total density of states，TDOS）和分波态密度（partial density of states，PDOS）分析。
VASP程序使用
基于平面波表示的Kohn—Sham方程： 方程： 基于平面波表示的 方程
v v v v v v h2 v v 2 v v +V ∑ 2m | k + G | δ GG ' ion (G − G' ) + VH (G − G' ) + V XC (G − G' )ci,kv +Gv = ε i ci,kv +Gv v G'
VASP程序基本知识 程序基本知识
1. VASP程序主要功能：
1) 能量计算
J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 191
2) 电子结构 能带结构、DOS、电荷密度分布 电子结构(能带结构 能带结构、 、电荷密度分布)
能带结构
DOS
电荷密度分布
J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19270
v v v v i ( k + G )⋅ r v ψ i (r ) = ∑ ci ,kv +G e v G
根据密度泛函理论，波函数通过求解Kohn—Sham方程来确定： 根据密度泛函理论，波函数通过求解 方程来确定： 方程来确定
h2 2 v v v v v [− ∇ + Vion (r ) + V H (r ) + V XC (r )]ψ i (r ) = ε iψ i (r ) 2m
POSCAR文件内容说明： 文件内容说明： 文件内容说明
Silicon bulk (Title) 2.9 (Scaling factor or lattice constant) 0.0 1.0 1.0 1.0 0.0 1.0 1.0 (第一个平移矢量的方向 第一个平移矢量的方向) 第一个平移矢量的方向 1.0 (第二个平移矢量的方向 第二个平移矢量的方向) 第二个平移矢量的方向 0.0 (第三个平移矢量的方向 第三个平移矢量的方向) 第三个平移矢量的方向
第一性原理计算ppt课件
N /2
2
H
c ii
ore
i 1
2
• 电子与电子的作用项
• i和j中存在4个电子。
• 在一个轨道上的2个电子以库仑作用的方式与另一个轨道 上的两个电子发生作用。记为4Jij。
• 但是在这些组合中，包含了成对电子的两种作用方式，给 出了总的交换能－Kij。
• 最后，在同一轨道上的一对电子库仑作用也要考虑在内， 但是这些电子具有成对的自旋因此不存在交换能。
i1
i1i1
N/2
Fi(1)H co(r1)e 2Jj(1)Kj(1)
j1
引入了轨道i的原子轨道展开形式，把相应的i轨道带入H-1)i cv1v(1)
v1
v1
20
每一侧都乘以u（1），（也是一基函数），积分
K
K
c vid1(1 )F i(1 )v(1 )i c vid1(1 )v(1 )
屏蔽常数按下列规则确定 :
把轨道划分如下组： （1s）;(2s,2p);(3s,3p);(3d);(4s,4p);(4f);(5s,5p);(5d)
14
对给定的轨道，屏蔽常数有下列贡献之和确定 • 如果到原子核的距离比到上述各组远，取0； • 同一组的其他电子贡献为0.35；但若其他轨道为1s，则贡献为0.3。 • 电子的主量子数比现有轨道小2或更多,则贡献为1。 • 如果每一个电子具有的主量子数比现有轨道小1：现有轨道为d或f,取
5
• 这一条件作用于能量表达式 ，得到Hartree-Fock方程
• 正交归一化条件可以写为交叠矩阵Sij
Sijijdij
• 能量最小的限制条件可以通过Lagrange因子解决 • 最小化的函数的微分加上限制条件乘以Lagrange乘法因子
VASP及第一性原理电子结构计算
(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR I66 0.0 05 0 0.5 0.866 866 0 0.0 0 0.0 0.0 1.6 2 Direct 0.0 0.0 0.0 0.6667 0.3333 0.5
设置体系的名称 晶格常数或缩放系数 原胞的基矢
每类原子的个数 确定按何种坐标来写原子位置
0.00 0.25
第一类原子的第一个坐标 第二类原子的第一坐标
☺第七行以字母D开头表示下面的是分数坐标，如果是以C或K开头表示下面的坐标 是卡笛尔坐标。
INCAR
• • • • 设置计算的精度 设置是做什么计算 设置交换关联函数 设置优化的算法和收敛标准等等
1 1
1 1
(3) ( )固 固定晶格参数, 格参数 静 静态自洽计算求出自洽的电荷密度 洽 算 出 洽的电荷密度 (i) (ii)
找到平衡晶格常数后, 进行静态的自洽计算就可 以求出自洽的电荷密度 计算得到的自洽的电荷密度要保存下来，在后 边计算其他的性质时会用到；另外也可以根据 它画出电荷密度图 分析原子间的建和作用 它画出电荷密度图，分析原子间的建和作用。 System=hcp Mg ISTART=0 ISTART 0
如何写出各种倒格子中的高对称点标记和坐标：
标题或注释行，无特别意义 每对高对称点之间产生10个k点 以字母L开头表示按line模式产生k点 以字母R开头表示k点按倒格子坐标系 每对高对称点的坐标。（共三对，表明沿着Gamma X W Gamma计算能带） 算能带
0.50 0.75 0.25 0.00 0.00 0.00
VASP中电子态密度计算的流程
VASP中电子态密度计算的流程VASP中电子态密度计算的流程主要分成三步：一、结构优化；二、静态自洽计算；三、非自洽计算以Al－FCC为例子第一步结构优化输入文件（INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT）INCAR文件System=AlISTART=0ISMEAR=1SIGMA=0.2ISPIN=2GGA=91; VOSKOWN=1; EDIFF=0.1E-05; EDIFFG=-0.01IBRION=2NSW=50ISIF=2 (OR 3)NPAR=10POTCAR 文件直接在势库中拷贝POSCAR文件Al4.051.0 0.0 0.00.0 1.0 0.00.0 0.0 1.04Direct0.00.0 0.00.50.5 0.00.50.0 0.50.0 0.5 0.5KPOINT 文件Automatic generationMohkorst Pack15 15 150.0 0.0 0.0第二步静态自洽计算输入文件（INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT）INCAR文件System=AlISMEAR=1SIGMA=0.2ISPIN=2GGA=91; VOSKOWN=1; EDIFF=0.1E-05; EDIFFG=-0.01 #IBRION=2#NSW=50#ISIF=2 (OR 3)NPAR=10POTCAR 文件直接在势库中拷贝POSCAR文件Al4.051.0 0.0 0.00.0 1.0 0.00.0 0.0 1.04Selective DynamicDirect0.00.0 0.0 T T T0.5 0.5 0.0 T T T0.5 0.0 0.5 T T T0.0 0.5 0.5 T T TKPOINT 文件Automatic generationMohkorst Pack1515 150.00.0 0.0第二步计算是在结构优化的结果上进行的，所以开始第二步的时候，将第一步中的输入文件INCAR, POTCAR, POSCAR, KPOINT 以及C* 文件放入静态自洽计算中去，并且将CONTCAR 拷贝到POSCAR中，然后运行VASP。
张平_第一原理电子结构计算程序_VASP
(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
2.98 0.5 -0.866 0.5 0.0 2 2 Direct 0.0 0.0 0.0 0.66667 0.33333 0.5 0.66667 0.33333 0.1337 0.0 0.0 0.6337
r 1r 3 r a1 = a( i − j ) 2 2 r r 1 3r a2 = a( i + j ) 2 2 r r a3 = ck
VASP提供 各种POTCAR
K-Points 0 Monkhorst Pack 21 21 21 0 0 0
(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
• 运行VASP程序,从输出文件EIGENVAL中提出电子结构
r 1r a1 = a( i − 2 r 1r a2 = a ( i + 2 r r a3 = ck
3r j) 2 3r j) 2
r 2π r b1 = (i − a r 2π r b2 = (i + a r 2π r b3 = k c
(完整word版)VASP(计算前的各种测试)
(计算前的)验证一、检验赝势的好坏：（一）方法:对单个原子进行计算;（二)要求：1、对称性和自旋极化均采用默认值；2、ENCUT要足够大；3、原胞的大小要足够大，一般设置为15 Å足矣,对某些元素还可以取得更小一些。
（三）以计算单个Fe原子为例：1、INCAR文件：SYSTEM = Fe atomENCUT = 450。
00 eVNELMDL = 5 ! make five delays till charge mixing，详细意义见注释一ISMEAR = 0SIGMA=0。
12、POSCAR文件：atom15。
001。
00 0。
00 0.000.00 1.00 0。
000。
00 0。
00 1.001Direct0 0 03、KPOINTS文件：（详细解释见注释二。
）AutomaticGamma1 1 10 0 04、POTCAR文件：（略)注释一：关键词“NELMDL”:A）此关键词的用途：指定计算开始时电子非自洽迭代的步数（即NELMDL gives the number of non-selfconsistent steps at the beginning），目的是make calculations faster。
“非自洽"指的是保持charge density不变，由于Charge density is used to set up the Hamiltonian，所以“非自洽”也指保持初始的哈密顿量不变。
B）默认值(default value）：NELMDL = —5 （当ISTART=0, INIWAV=1，and IALGO=8时)NELMDL = -12 （当ISTART=0，INIWAV=1, and IALGO=48时）NELMDL = 0 (其他情况下)NELMDL might be positive or negative。
A positive number means that a delay is applied after each ionicmovement -— in general not a convenient option. （在每次核运动之后）A negative value results in a delay only for the start-configuration。
第一原理电子结构计算程序VASP实用教程
第一原理电子结构计算程序VASP实用教程VASP（Vienna Ab Initio Simulation Package）是一种基于密度泛函理论（DFT）的第一原理电子结构计算程序，广泛用于材料科学和固体物理学领域。
本文将介绍VASP的原理、计算流程和应用。
1.原理VASP使用密度泛函理论计算材料的电子结构和相关物性。
它基于Kohn-Sham方程，通过自洽迭代求解电子密度和势能，得到材料的基态能量、晶体结构和能带结构等信息。
VASP采用平面波基组、赝势和超胞方法，能够模拟各种材料的基态和激发态性质。
2.计算流程VASP的计算流程可以简要概括为以下几个步骤：（1）几何优化：首先，需要确定材料的原子结构。
可以从实验数据或其他理论计算得到初始结构，然后使用VASP优化几何构型，使得系统的总能量达到最低。
（2）能带结构计算：在结构优化后，可以计算材料的能带结构，以分析电子在不同能级上的分布情况。
这对于描述导电性和光学性质等具有重要意义。
（3）态密度计算：能带结构可以用来计算材料的电子态密度，即每个能级上的电子数目。
态密度对于理解材料的物性非常重要，如导电性、热导性等。
（4）光学性质计算：VASP还可以计算材料的光学性质，如吸收系数、折射率等。
这对于设计光电子器件和材料有重要意义。
（5）磁性计算：VASP可以计算磁性材料的磁矩、磁性相互作用等性质。
这对于研究磁性材料和磁性器件具有重要意义。
3.应用VASP在材料科学和固体物理学领域有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：（1）材料发现和设计：VASP可以预测不同材料的力学、电子和光学性质，帮助科学家寻找新的功能材料，并指导材料的设计和合成。
（2）催化剂设计：VASP可以模拟催化反应的活化能和反应机理，为催化剂的设计提供理论依据，并加速催化剂的开发和优化。
（3）气体吸附和分离：VASP可以计算材料对气体的吸附能力和分离性能，用于设计高效的气体吸附剂和分离器材料。
第六讲第一原理计算方法简介及使用ppt文档
密度泛函理论
赝势(pseudo potential) 赝势就是把离子实的 内部势能用假想的势能 取代真实的势能，但在 求解波动方程时，不改 变能量本征值和离子实 之间区域的波函数。模 守恒赝势NCP (Norm Conserving Pseudopotential) 和 超软赝势 USPP(Ultrasoft Pseudoptential)
20世纪60年代，Hohenberg，Kohn和Sham(沈 吕九)提出了密度泛函理论(DFT)。DFT理论奠定了 将多电子问题转化为单电子方程的理论基础，给出 了单电子有效势计算的可行方法，DFT在计算物理、 计算化学、计算材料学等领域取得巨大成功。1998 年，W. Kohn与分子轨道方法的奠基人Pople分享 了诺贝尔化学奖。 密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函 数做为研究的基本量。用电子密度更方便处理。
密度泛函理论
LDA和GGA近似 Kohn-Sham方程原则是精确的，但遗憾 的是交换关联势是未知的。要进行具体计 算，就必须使用近似方法求出交换关联势。 常用的近似方法有局域密度近似(Local Density Approximation)和广义梯度近 似(Generalized Gradient Approximation),在某些情况下，广义梯 度近似改善了局域密度近似的计算结果， 但它并不总是优于局域密度近似。
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parallel Windows Linux Linux IA32 IA64
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parallel Windows Linux Linux IA32 IA64
Materials Visualizer Adsorption Locator
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(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
VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV
TITEL = US Si LULTRA = T use ultrasoft PP ? IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no RPACOR = 1.580 partial core radius POMASS = 28.085; ZVAL = 4.000 mass and valenz RCORE = 2.480 outmost cutoff radius RWIGS = 2.480; RWIGS = 1.312 wigner-seitz radius (au A) ENMAX = 150.544; ENMIN = 112.908 eV EAUG = 241.945 …………
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: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
Diamond Si 5.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 2 Direct
0.0 0.0 0.0
0.25 0.25 0.25
(2)symmetric setup
Fixed layers (bulk)
unit cell
coordinates are optimized
vacuum
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: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS (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
ar1
=
a(
1 2
r i
−
3
r j)
2
ar2
=
a(1 2
r i
+
3r Leabharlann )2ar3=
r ck
r b1 r b2
= =
2π
a
2π
a
r (i r (i
− +
3
r j)
3 3
r j)
3
r b3
=
2π
c
r k
rr r
Γ K
==013b1(b+r1r0+bbr22+)
0b3 = = (1,
3
(0,0,0) 1 ,0) 3
(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.
0.6
0.5
0.4
DOS
0.3
0.2
0.1
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Energy
(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
c/a
ar1
=
a(1 2
r i
−
3 2
r j)
ar2
=
a(1 2
r i
+
3
r j)
2
ar3
=
r ck
System =hcp Mg ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02
NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1
(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) .
Choosing POTCAR file
LDA GGA PAW_LDA PAW_GGA PAW_PBE(VASP4.5)
Check following line in POTCAR LEXCH= CA or 91 GGA= 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
POSCAR
Mg(0001): 3.208000 0.5 0.5 0.0 6 Direct 0.0 0.6666667 0.0 0.6666667 0.0 0.6666667
• VASP输出电荷密度文件CHGCAR • 采用免费程序LEV00处理数据文件CHGCAR
/lev
(Å)
1
0
0 .0 7
0 .1 4
0
0 .2 1
0 .2 8
0 .3 4
0 .4 1
0 .4 8
-1
0 .5 5
-2
-3
-3
-2
-1
0
1
2
3
(Å )
示例2: 用VASP求Mg的电子态密度和能带
(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
Hcp-Mg 3.208 0.5 -0.866 0 0.5 0.866 0 0.0 0.0 1.6 2 Direct 0.0 0.0 0.0 0.66667 0.33333 0.5
VASP提供 各种POTCAR
K-Points 0 Monkhorst Pack 21 21 21 000
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
KPOINTS输入文件: 控制K-点的选取方式
K-Points 0 Monkhorst Pack 11 11 11 000
POTCAR输入文件: 赝势文件
US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are:
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
输入文件
POTCAR KPOINTS POSCAR INCAR
pseudopotentail file Brillouin zone sampling structural data steering parameters
分如下几步:
(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS (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
0.66667 0.33333 0.1337
0.0 0.0
0.6337
VASP提供 各种POTCAR
K-Points 0 Monkhorst Pack 21 21 21 000
B A
B A
ar1
=
a(1 2
ir
−
3 2
rj)
ar2
=
a(1 2
ir
+
3 rj) 2
ar3
=
r ck
System =hcp Mg ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02 ISPIN = 2
POSCAR输入文件: 原胞中的原子位置
Diamond Si 3.9 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 1 Direct
0.0 0.0 0.0
ar1
=
1 2
a ( rj
+
r k)
ar 2
=
1 2
a (ir
+
r k)
ar3
=
1 2
r a(i
+
r j)
基矢的公因子 基矢a1 基矢a2 基矢a3
(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) .
VASP提供
K-Points 0
各种POTCAR Monkhorst Pack
21 21 21
000
System =diamond Si ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02
NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1
INCAR输入文件: 程序控制参数
System =diamond Si ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02