VASP画轨道分辨能带图

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vasp_能带结构和态密度图

能带结构和态密度图的绘制及初步分析前几天在QQ的群中和大家聊天的时候，发现大家对能带结构和态密度比较感兴趣，我做计算已经有一年半了，有一些经验，这里写出来供大家参考参考，希望能够对初学者有所帮助，另外写的这些内容也不可能全都正确，只希望通过表达出来和大家进行交流，共同提高。

MS这个软件的功能确实是比较强，但是也有一些地方不尽如人意的地方。

（也可能是我对一些结果不会分析所致，有些暂时不能解决的问题在最后一部分提出，希望大家来研究研究，看看有没有实现的可能性）。

能带结构、态密度和布居分析是很重要的内容，在分析能带结构和态密度的时候，往往是先作图，然后分析。

软件本身提供的作图功能并不是很强，比如说能带结构（只能带只能做point图和line图），不美观不说，对于每一个能带的走势也不好观察，感觉无从下手。

所以我一般用origin作图（右图是用origin做的能带图）。

能带结构和态密度的作图过程请参考我给大家提供的动画。

接下来我们先开看看能带结构的分析和制作！第一部分：能带结构这个部分打算先简单的介绍一下能带的基础知识，希望能对大家有所帮助，如果对能带了解比较深入的朋友，可以跳过这个部分内容，之中不当之处请勿见笑。

^_^第一个问题是：1、能带是怎样形成——轨道和一维体系的能带。

这是最基本的一个问题，我们要对能带结构进行分析，首先要知道它是如何来的。

其实能带是一种近似的结果（可以看成一种近似），是周期边界条件（bloch函数）下的一种近似。

先来看看一个最简单的问题，非周期体系有没有能带结构？答案是没有的，大家可以试试：①建一个周期的晶胞②选择build菜单下的symmetry子菜单下的none periodic superstructure去掉周期边界条件性③看看还能够运行吗？运行（run）按钮变灰了，不能提交作业了。

这说明什么问题？这说明这个CASTEP这个模块不能计算非周期的体系，另外可以参考MS中的DMOL模块，它可以计算非周期系统，虽然可以计算周期系统，但是仍不能计算能带，大家可以试试，看看property中的band structure能不能选上，一定不能！！^_^从这里，我们可以得到一个结论，对于单个原子（分子、单胞）如果不加上周期边界条件，是无法获得能带结构的。

VASP计算能带

首先我们要了解晶体硅的结构，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对的位置为(a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常数。

在计算中，我们采用FCC的原胞，每个原胞里有两个硅原子。

VASP计算需要以下的四个文件：INCAR（控制参数）, KPOINTS（倒空间撒点）, POSCAR （原子坐标）, POTCAR（赝势文件）为了计算能带结构，我们首先要进行一次自洽计算，得到体系正确的基态电子密度。

然后固定此电荷分布，对于选定的特殊的K点进一步进行非自洽的能带计算。

有了需要的K点的能量本征值，也就得到了我们所需要的能带。

步骤一.—自洽计算产生正确的基态电子密度：以下是用到的各个文件样本:INCAR 文件：SYSTEM = SiStartparameter for this run:NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timerPREC = medium medium, high lowISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecutICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-constISPIN = 1 spin polarized calculation?Electronic Relaxation 1NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM stepsEDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELMLREAL = .FALSE. real-space projectionIonic relaxationEDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOMNSW = 0 number of steps for IOMIBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CGISIF = 2 stress and relaxationPOTIM = 0.10 time-step for ionic-motionTEIN = 0.0 initial temperatureTEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during runDOS related values:ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus Electronic relaxation 2 (details)Write flagsLWAVE = T write WAVECARLCHARG = T write CHGCARVASP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。

VASP结合VASPKIT计算杂化能带详细步骤

VASP结合VASPKIT计算杂化能带详细步骤1.准备POSCAR，调用vaspki- 303（体相材料）或-302（二维材料）得到KPATH.in和PRIMCELL.in文件；对于二维体系，需要检查PRIMCELL.in文件的真空层是否沿z方向，如果没有，可调用vaspkit-923或vaspkit-407强制真空层沿z方向。

2.cp PRIMCELL.vasp POSCAR后，用VASP-PBE优化结构。

KPATH.in能带只针对于PRIMITIVE CELL，缺少这一步，你可能得到错误的结果。

如果有必要，比较KPATH.in文件中的能带路径是否与在线能带路径产生工具SeeK-Path产生的一致，包括比较PRIMCELL.vasp和HIGH_SYMMETRY_POINTS文件。

需要指出的是SeeK-Path只用于体相结构能带路径的产生。

3.4.cp CONTCAR POSCAR，用VASP-HSE继续优化结构；严格来说HSE优化的结构与PBE方法得到的有差别，只是不同的体系差别程度有所不同（可选）5.调用vaspkit-251命令产生用于能带计算的KPOINTS文件，KPOINTS文件包含两部分为：第一部分为不可约布里渊区权重不为零的K点，用于自洽计算得到正确的费米能；第二部分为权重为零的沿着特定能带的K点，用于能带计算;6.先用PBE计算一次并保存波函数。

切记计算结束后，用vaspkit-252命令检查一下能带是否合理。

概念一定要清楚，PBE能带也可以采用这种方法得到，和常规分两步计算得到能带是等价的。

7.修改INCAR关于HSE计算参数，然后继续执行一次VASP计算；8.用vaspkit- 252提取杂化密度泛函能带数据。

VASP操作介绍-两次课

PBE
LDA PAW型赝势 GGA PBE PW91
2) POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需与POSCAR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 ……
siliconbulktitle29scalingfactorlatticeconstant001010第一个平移矢量的方向100010第二个平移矢量的方向101000第三个平移矢量的方向2单胞内原子数目以及原子种类selectivedynamics表示对构型进行部分优化如果没这行则表示全优化direct表示所采用的为分数坐标如果内容为car则坐标单位为埃012501250125各原子坐标以及哪个方向坐标放开优化012501250125mgo10022mg1000594599999999999970000000000000000005945999999999999700000000000000000020000002020体系中有2种元素各自的原子数目分别为2020selectivedynamicsdirect000000000000000000050000000000000000050000050000000000000000050000000000025000025000000000075000025000000000025000075000000000075000075000000000potcar文件内容说明

VASP验证

VASP验证计算前的验证 (Pre-calculation Verification of VASP)在进行VASP计算之前，为了确保计算结果的准确性和可靠性，需要进行一系列的验证。

这些验证包括结构优化验证、能带计算验证、振动频率验证以及轨道杂化功能验证等。

以下将分别对这些验证进行详细介绍。

1.结构优化验证：结构优化是计算中非常重要的一步，可以通过优化晶格参数和原子坐标得到体系的基态结构。

为了验证结构优化的准确性，可以进行以下步骤：-对于已知结构的化合物，可以将VASP计算得到的最优结构与实验数据进行比较，包括晶格参数、原子位置、结合能等。

-对于无法与实验数据进行比较的系统，可以使用其他第一性原理计算方法，如DFT、DFT+U等进行验证。

如果不同方法得到的最优结构相似，则说明VASP的结构优化结果可信。

2.能带计算验证：能带计算是研究材料的能电子结构和导电性质的重要手段。

为了验证能带计算的准确性：-可以将计算得到的能带与实验测量的能带进行比较，检查带隙的大小和位置是否一致。

-可以进行材料的半导体/金属性质的判断，如计算能带的导带和价带位置，以及带隙的大小，与实验结果进行比较。

3.振动频率验证：振动频率可以提供很多关于材料的信息，如热稳定性、相变性质等。

为了验证振动频率的准确性：-可以计算出体系的振动频率，并与实验测量的振动频率进行比较，检查谐振模式是否一致。

-可以计算振动模式的能量偏移，以及特征频率的大小和位置，与实验结果进行比较。

4.轨道杂化功能验证：轨道杂化功能是一种改进的DFT方法，可以更准确地描述具有局域d或f电子的过渡金属和稀土金属体系。

为了验证轨道杂化功能的准确性：-可以将VASP计算得到的体系的电子结构与实验结果进行比较，包括态密度、能带结构等。

-可以计算过渡金属和稀土金属的能带结构，并与实验结果进行比较，检查其是否更准确地描述了电子结构。

通过以上验证步骤，可以确保VASP计算的准确性和可靠性。

VASP计算AgGaS2能带及态密度及光学性质

VASP计算AgGaS2能带及态密度及光学性质第一步：构型优化1．准备四个输入文件POSCAR INCAR POTCAR KPOINTSPOSCAR: 从ms中导入AgGaS2结构，选择CASTEP，file，save，并保存成原包。

这样，得到一隐藏文件.cell, 将它用编辑器打开，从中的到vasp所需的POSCAR信息，修改得到POSCAR。

AgGaS2 bulk1.000000000000000-2.7934999465942410 2.7934999465942370 5.20450019836425802.7934999465942370 -2.7934999465942390 5.20450019836425902.7934999465942380 2.7934999465942380 -5.20450019836425804 2 2Direct0.3750000000000000 0.4072000086307526 0.53220000863075260.8750000000000000 0.8427999913692474 0.4677999913692474. . . . . . . . . . . .2.POTCAR:用PBE-GGA的赝势，提取，Ag Ga O的赝势合并成一个赝势。

（一般VASP有自带）3.下面是INCARSYSTEM = optimization of AgGaS2 LPLANE=.TRUE.NPAR= 8Elecronic minimisationISTART = 0LREAL = .FALSE.PREC = LowEDIFF = 1e-4EDIFFG = -0.03IALGO = 48NELMIN = 4ISYM = 0GGA = PBEISPIN = 1NBANDS = 120OUTPUT CONTROLLCHARG = .TRUE.LWAVE = .TRUE.LVTOT = .FALSE.IONIC RELAXATIONNBLOCK = 1NSW = 1IBRION = -1DOS RELATED (disabled)ISMEAR = 0 (tetrahedron/gaussian/m-p)SIGMA = 0.054.再下面KPOINTSAM4 4 40 0 0 至此，四文件已准备好，进行计算，mpiexec -np 8 ~/bin/vasp.4.5-mk-mp-pgi < /dev/null > vasp.out &（运行命令）（问题：计算前对某些参数的测试，比如截断能，晶格参数等，标准时什么？vasp运行后，不知道结果是否满足要求呢？）第二部：将构型优化后产生的CONTCAR文件拷贝为POSCAR文件mpiexec -np 8 ~/bin/vasp.4.5-mk-mp-pgi < /dev/null > vasp.out &（运行命令）第三部：能带的计算.建立新的计算目录mkdir band 创建目录cd band 进入目录cp ../INCAR . 复制cp ../PO* .cp ../CHG* .对INCAR文件作如下修改：ICHARG =11NBANDS=120 与上面构型优化时一致建立新的KPOINTS 手动定义K点AgGaS251Rec（关键字要对齐第一行）0.5000 0.5000 0.5000 1.0000 0.4500 0.4500 0.4500 1.0000. . . . . .K点坐标获得途径布里渊区各特殊点的坐标可利用CASTEP获得然后编辑vi inplin1 特殊点lin2 特殊点之间的取点数lin3 第一个K点的坐标lin4 第二个K点的坐标. . . . （同上..）. . . .保存运行 vasp_kpoints<inp就可以得到坐标手动复制到KPOINTS运行VASPmpiexec -np 8 ~/bin/vasp.4.5-mk-mp-pgi < /dev/null > vasp.out &（运行命令）在运行VaspbandDraw the band structure of VASPTwo files, EIGENVAL and OUTCAR are needed----------------------------------------------------------------Spin-polarized calculation(T/F)? (是否自旋极化计算)fNumber of lines along the BZ: (布里渊区特殊线数目)5K point sequence used to separate lines: (各线段始终点序号)1 11 21 31 41 51Set the Fermi level to zero(T/F)? (是否费米设置为零点)t可以得到相应的 band.dat 用origin绘图然后标注各个特殊点Fermi energy=1.2182v exp=2.76ev (可能是参数设计太粗糙…) 不过放大还算清楚..(用MS作图 K网格相同)第四部:DOS的计算及其绘图其POSCAR POTCAR KPOINTS可以相同于第一步优化设置INCARSYSTEM = optimization of AgGaS2NPAR= 8LPLANE = .TRUE.Elecronic minimisationISTART = 3 (从WAVECAR读入波函数)LREAL= .FALSE.PREC = MediumEDIFF = 1e-4EDIFFG = -0.02IALGO = 48NELMIN = 3ISYM = 1ISIF = 3ISPIN = 1ISMEAR = 0SIGMA = 0.1NBANDS=120LORBIT=11 (投影到 s.p.d)NEDOS=501 （DOS的点数）ICHARG=11 (从CHG读入电荷密度) EMIN=-20EMAX=20OUTPUT CONTROLLCHARG = .TRUE.LWAVE = .TRUE.LVTOT = .FALSE.IONIC RELAXATIONNBLOCK = 1NSW = 1IBRION = -1POTIM = 0.05运行vasp 命令同上然后编写DOSF （是否自旋极化计算）9 （轨道数）6 （要计算的DOS）-1 （为负数时，表示所考察的为原子的DOS）1 （原子编号）-1 （为正正数时，表示为原子轨道的DOS）2 （下面都同上）-13111518保存运行vaspdos (如果没有设定路径的话。

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（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种基于密度泛团理论（DFT）的第一性原理计算软件包，适用于从头计算材料的电子结构和相关性质。

电子态密度（Electronic Density of States, DOS）是VASP中一个重要的计算任务，它描述了材料中电子的能量分布情况，可以用来分析材料的能带结构、电导性、磁性等性质。

下面是VASP中计算电子态密度的一般流程：1.构建体系：首先需要确定要研究的体系的晶体结构。

可以通过实验数据、结构数据库或者其他理论方法得到体系的晶体结构，然后使用VASP提供的一些工具生成输入文件。

2.检查和准备输入文件：在进行计算之前，需要检查输入文件的正确性。

输入文件主要包括POSCAR（晶体结构）、POTCAR（势能文件）和KPOINTS（k点网格），还可以包括INCAR（控制参数）和CHGCAR（电荷密度）。

可以使用VASP提供的一些工具来生成这些文件。

3.设置计算参数：在INCAR文件中设置计算参数。

这些参数包括计算方式（GS、NSW等）、电子相关参数（ENCUT、EDIFF、ISMEAR等）和计算资源（NPAR、NCORE等）等。

4.进行自洽计算：运行VASP程序开始自洽计算。

自洽计算是指通过迭代寻找材料中所有电子的基态波函数和电子密度。

5.DOS计算：自洽计算完成后，可以进行DOS计算。

首先需要通过选择一个能量范围，确定所需的DOS信息。

然后在INCAR文件中设置相关参数，如要求计算PDOS（投影态密度）、LORBIT参数（需要计算轨道投影DOS）等。

6.执行DOS计算：运行VASP程序开始DOS计算。

程序会在给定的能量范围内计算电子态密度，并输出相应的结果。

7. 分析结果：根据VASP计算结果，可以通过一些可视化软件（如VESTA、XCrysDen等）绘制电子态密度的能带图、分析能带结构，进而分析材料的电子特性和相关性质。

怎么查看价带顶、导带底、带隙数值

1.Vasp计算能带之后，用origin做出能带图
2.读出图中价带顶、导带底的坐标
1）放大图片到具体位置：view—Zoom in 2）将图片表示成电线模式：
3）用左侧十字图片，选中图中的点，就可以显示坐标，如图，坐标为（X=0.47079076，Y=1.06666667）
4)我们知道，在能带的数据中X代表在布里渊区的路径，Y值则代表对应点的能量，也就是说，我们找的找一点的能量为：1.067 eV
5)同理，我们找出其他几点的能量值
3. 然后判断能带的类型和带隙的数值，如下图，可以看出我们算得的单层MoS2是直接带隙，与文献吻合，但是直接带隙的数值1.56eV，小于文献值1.8eV，所以，可以需要进一步修改参数，改善计算。

用VASP计算硅的能带 (改进稿)

另外设置INCAR中的ISTART=1，ICHAGE=11，NSW=0。POSCAR中的晶格常数定义为优化的晶格常数5.5。其他参数不变。运行VASP，计算完后得到本征值文件EIGENVAL。
输入文件EIGENVAL和syml到程序pbnf.x，可得到输出文件bnd.dat和highk。将bnd.dat和highk中的数据导入到Origin，即可画出如图2所示的硅的电子能带结构图。
-0.02022028
0.8
-0.05656195
作出EENTRO和SIGMA的关系图，如图8所示。由图可见，在SIGMA=0.2时，EENTRO就已经非常接近于0了，故SIGMA的值可优化为0.2。
图8：EENTRO和SIGMA的关系图
POTIM = 0.25
NSW = 100
EDIFFG = -1E-2
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.1
PREC = Accurate
ISIF = 2
Si-fcc
5.1
0.0 0.50.5
0.5 0.0 0.5
0.50.50.0
2
Direct
0.00.00.0
0.250.250.25
#采用PAW_PBE赝势
（一）优化晶格常数
只需要优化一个晶格常数a。
首先准备四个文件：INCAR,POSCAR,POTCAR,KPOINTS，内容分别如下
INCAR
POSCAR
POTCAR
KPOINTS
system = Si-fcc
ISTART = 0
ICHARGE = 2
ENCUT = 300
EDIFF = 1E-5
IBRION = 2
用VASP计算晶体硅的电子能带结构

VASP自旋轨道耦合计算错误汇总

VASP自旋轨道耦合计算错误汇总静态计算时，报错：VERY BAD NEWS!Internal内部error in subroutine子程序IBZKPT:Reciprocal倒数的lattice and k-lattice belong to different class of lattices.Often results are still useful (48)INCAR参数设置：对策：根据所用集群，修改INCAR中NPAR。

将NPAR=4变成NPAR=1，已解决！错误：sub space matrix类错误报错：静态和能带计算中出现警告：WARNING:Sub-Space-Matrix is not hermitian共轭in DAV结构优化出现错误：WARNING:Sub-Space-Matrix is not hermitian in DAV4-4.681828688433112E-002对策：通过将默认AMIX=0.4，修改成AMIX=0.2（或0.3），问题得以解决。

以下是类似的错误：WARNING:Sub-Space-Matrix is not hermitian in rmm-3.00000000000000RMM:22-0.167633596124E+02-0.57393E+00-0.44312E-0113260.221E+00BRMIX:very serious problems the old and the new charge density differ old charge density:28.00003new28.060930.111E+00错误：WARNING:Sub-Space-Matrix is not hermitian in rmm-42.5000000000000ERROR FEXCP:supplied Exchange-correletion table is too small,maximal index:4794错误：结构优化Bi2Te3时，log文件：WARNING in EDDIAG:sub space matrix is not hermitian1-0.199E+01RMM:2000.179366581305E+01-0.10588E-01-0.14220E+007180.261E-01BRMIX:very serious problems the old and the new charge density differ old charge density:56.00230new124.70394 66F=0.17936658E+01E0=0.18295246E+01d E=0.557217E-02curvature:0.00expect dE=0.000E+00dE for cont linesearch0.000E+00ZBRENT:fatal error in bracketingplease rerun with smaller EDIFF,or copy CONTCAR to POSCAR and continue但是，将CONTCAR拷贝成POSCAR，接着算静态没有报错，这样算出来的结果有问题吗？对策1：用这个CONTCAR拷贝成POSCAR重新做一次结构优化，看是否达到优化精度！对策2：用这个CONTCAR拷贝成POSCAR，并且修改EDIFF（目前参数EDIFF=1E-6）,默认为10-4错误：WARNING:Sub-Space-Matrix is not hermitian in DAV1-7.626640664998020E-003网上参考解决方案：对策1：减小POTIM:IBRION=0，标准分子动力学模拟。

用VASP进行PartialCharge分析实例（转）

用VASP进行Partial Charge分析实例（转）VASP Version : 4.6在这篇文章中，我将首先介绍Partial Charge的概念，以及如何用VASP 具体的计算Partial Charge。

首先，所谓的Partial Charge是针对与Total Charge来说的，指的是某个能量范围、某个K点或者某个特定的态所对应的电荷密度。

在文献中最常见的是价带顶部，导带底部，表面态或者局域态所对应的 Partial Charge。

通过分析这些态所对应的Partial Charge，可以得到体系的一些性质，比如局域态具体的是局域在哪个原子上等。

我将通过具体的例子说明如何用VASP进行Partial Charge Analysis。

进行Partial Charge Analysis的第一步是进行自洽的计算，得到体系的电子结构。

这一步的计算采用通常的INCAR和KPOINTS文件。

在自洽计算结束后，我们需要保存WAVECAR文件。

（通过在INCAR文件中设置LWAVE=TRUE实现）在这个例子中，假设我们需要计算一个硅纳米线的导带和价带的 Partial Charge。

硅纳米线的结构如下：00第二步是画出能带结构，以决定你需要画哪条能带的那个K点的态所对应的Partial Charge。

关于具体如何用VASP画能带，请参见用VASP4.6计算晶体硅能带实例一文。

我们得到硅纳米线的能带结构如下：画能带时有些小技巧。

你可以用一些支持列模块的编辑器，如UltraEdit，将OUTCAR里的各个K点所对应的本征值粘贴到 Origin中。

这一步完成后，在Origin中做一个矩阵转置，然后将K点坐标贴到第一列，并将其设为X坐标。

如此画出来的基本上就是能带图了。

在 Origin中可以通过设置纵轴范围来更加清楚的区分费米能级附近的各条能带。

如上的硅纳米线所对应的能带结构图如下：00决定画哪条能带，或者那些感兴趣的K点之后，有如下几种方法计算不同的Partial Charge。

VASP使用总结

VASP使用总结VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一款基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件，主要用于材料科学和凝聚态物理领域的计算。

它提供了丰富的功能和工具，可以用于模拟和研究各种材料的物理和化学性质。

以下是对VASP使用的总结：1.输入文件的准备在进行VASP计算之前，首先需要准备好输入文件。

VASP使用的输入文件包括POSCAR、INCAR、POTCAR等。

POSCAR文件用于定义晶体结构和原子坐标，INCAR文件用于定义计算参数和设置计算方法，POTCAR文件用于定义原子的赝势。

2.材料结构的优化VASP可以通过结构优化计算来确定材料的最稳定结构。

结构优化计算通过改变原子位置和晶胞大小，寻找最低能量的结构。

可以使用ISIF 参数来设置优化类型，如禁止移动原子、禁止改变晶胞大小等。

3.能带结构的计算VASP可以计算材料的能带结构，从而提供关于能带轨道和能带间隙的信息。

能带结构计算需要先进行结构优化计算，然后再进行自洽计算和能带计算。

可以通过设置KPOINTS和NBANDS参数来控制计算的精度和效率。

4.密度状态的计算VASP可以计算材料的密度状态，包括电荷密度、电荷分布和电子态密度等。

通过密度状态计算，可以了解材料的电子结构和性质。

可以通过设置LSORBIT、IALGO和NPAR等参数来控制计算的模式和效率。

5.势能面的计算VASP可以计算材料的势能面，并通过构建势能面图像来显示材料的稳定性和反应性。

势能面计算需要进行结构优化计算，然后通过改变原子位置和晶胞大小来势能面上的最低能量和结构。

6.热力学性质的计算VASP可以通过计算自由能、热容和热膨胀系数等热力学性质来了解材料的热稳定性和热响应。

热力学性质的计算需要进行结构优化计算和自洽计算，然后使用VASP提供的工具和脚本进行热力学性质的分析和计算。

7.计算结果的解析和可视化VASP提供了丰富的工具和脚本，可以用于解析和可视化计算结果。

(完整版)如何分析能带图及第一性原理的计算

分析能带图能带结构是目前采用第一性原理（从头abinitio）计算所得到的常用信息，可用来结合解释金属、半导体和绝缘体的区别。

能带可分为价带、禁带和导带三部分，倒带和价带之间的空隙称为能隙，基本概念如图所示：如何能隙很小或为0 ，则固体为金属材料，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传倒带而导电；而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带，所以无法导电。

一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。

因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料距能导电。

能带用来定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点。

价带（valence band），或称价电带，通常指绝对零度时，固体材料里电子的最高能量。

在导带（conduction band）中，电子的能量范围高于价带，而所有在传导带中的电子均可经由外在的电场加速而形成电流。

对与半导体以及绝缘体而言，价带的上方有一个能隙（band gap），能隙上方的能带则是传导带，电子进入传导带后才能在固体材料内自由移动，形成电流。

对金属而言，则没有能隙介于价带与传导带之间，因此价带是特指半导体与绝缘体的状况。

费米能级（fermi level）是绝对零度下的最高能级。

根据泡利不相容原理，一个量子态不能容纳两个或两个以上的费米子（电子），所以在绝度零度下，电子将从低到高依次填充各能级，除最高能级外均被填满，形成电子态的“费米海”。

“费米海”中每个电子的平均能量为（绝对零度下）为费米能级的3/5。

海平面即是费米能级。

一般来说，费米能级对应态密度为0的地方，但对于绝缘体而言，费米能级就位于价带顶。

成为优良电子导体的先决条件是费米能级与一个或更多的能带相交。

能量色散（dispersion of energy）。

同一个能带内之所以会有不同能量的量子态，原因是能带的电子具有不同波向量（wave vector），或是k-向量。

在量子力学中，k-向量即为粒子的动量，不同的材料会有不同的能量-动量关系（E-K relationship）。

vasp攻略

打包压缩命令：tar zcvf 文件名.tar.gz 源文件名采用link方式避免重复的文件浪费内存：ln –s 源文件命名Eg：ln –s ../optic/MME ./EuO.mme交互式绘图工具gnuplot: 命令行打:gnuplot进入格式:plot “文件名”退出:quit求磁矩:getmag如果由于节点掉线在提交任务后秒退,不输出outcar可以指定节点提交任务LJRS -l nodes=c0104:ppn=4chmod +x 名称——使脚本可以执行构造potcar，以A和B元素为例：如果是以Z为拓展名的文件：zcat A/POTCAR.Z B/POTCAR.Z > POTCAR如果是解压后的potcar文件：cat A/POTCAR B/POTCAR > POTCARINCAR中的RWIGS通过POTCAR文件获得单位晶胞体积：grep “vol”OUTCAR自动计算加应力情况下的最优化情况：C/a ：vaspcaopt softmode-e -=*(画曲线）如果要看某种材料是FM还是AFM，需要以相同结构计算一次，看能量哪个低。

将POSCAR/CONTCAR/CHGCAR装换成xcrysden(进入xcrysden文件执行./xcrysden)可读取的形式Eg：（BFO)v2xsf CHGCAR -1 83 -2 26 -3 8 -dv2xsf POSCAR -1 83 -2 26 -3 8 -dv2xsf CONTCAR -1 83 -2 26 -3 8 -d晶胞放大时，k点需要等比例的缩小画出曲线图：ISMEAR如果是半导体/绝缘体取-5，如果是金属取1，SIGMA=0.2(一般不改变)如果求DOS，则ISMEAR=-5.如果求band，则ISMEAR=1.1、Relax ISTART=0，ICHARG=2, ISIF=3，NSW=200，EDIFFG=-1*10-3，IBRION=22、Scf NSW=0(关闭结构优化) 用Relax后的CONTCAR替换POSCAR3、DOS 添加scf后的CHGCAR，ISTART=1，ICHARG=11，k放大一倍DOSCAR 第六行：Emax Emin Emin与Emax之间点的数目Ef第七行：能量总的态密度（spin up）总的态密度（spin down）态密度积分（up）态密度积分（down）后面按原子分：能量s轨道态密度（spin up）s轨道态密度（spin down）p轨道态密度（spin up）p轨道态密度（spin down）d轨道态密度（spin up）d轨道态密度（spindown）f轨道态密度（spin up）f轨道态密度（spin down）Split_dos 对dos按原子区分4、band 与DOS所需文件一致，KPOINTS需要使用line模式手动输入。

用VASP计算硅的能带

用VASP计算晶体硅的电子能带结构本文主要是用VASP进行了晶体硅的电子能带结构的计算。

硅的晶体结构如图1所示，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对位置为。

在计算中，采用了FCC的原胞，每个原胞里面有两个硅原子。

图1：硅的晶体结构首先优化了晶格参数，求出了能量最低所对应的晶格常数a。

然后进行静态计算，得到了自洽的电荷密度。

再由静态计算得到的自洽的电荷密度计算了硅的能带结构和电子态密度。

（一）优化晶格常数只需要优化一个晶格常数a。

首先准备四个文件：INCAR,POSCAR,POTCAR,KPOINTS，内容分别如下运行VASP，读取OUTCAR文件，可以得到a=5.1的情况下对应的能量。

然后改变a的值，再运行VASP，得到相应晶格常数对应的能量。

a的取值范围为5.1到5.8，每隔0.1取一个点。

最终得到晶格常数与能量的对应值如下表所示能量最小值为-10.83910312，对应的晶格常数为5.5，即为优化的晶格常数，后面的计算均基于此优化的晶格常数。

（二）静态计算自洽的电荷密度修改输入文件，在INCAR中定义NSW=0、LCHARG=T，POSCAR中的晶格常数定义为优化的晶格常数5.5，其它参数不变。

运行VASP，即得到了自洽的面电荷密度，将其保存下来，以便后面计算能带结构和电子态密度之用。

（三）计算能带结构选取6个特殊K点，特殊K点间的分割点数分别为20、20、20、10、20。

从自洽的电荷密度计算得到的OUTCAR文件中可以找到倒格子基矢和费米能级。

将以上信息写入syml文件，然后将syml文件输入到程序gk.x，产生K点，得到KPOINTS文件。

另外设置INCAR中的ISTART=1，ICHAGE=11，NSW=0。

POSCAR中的晶格常数定义为优化的晶格常数5.5。

其他参数不变。

运行VASP，计算完后得到本征值文件EIGENVAL。

输入文件EIGENVAL和syml到程序pbnf.x，可得到输出文件bnd.dat和highk。

VASP计算前的验证

VASP计算前的验证在进行VASP计算之前，我们通常需要进行一些验证来确保计算结果的准确性和可靠性。

这些验证的目的是确保我们选取了正确的初始结构、参数和计算方法，并评估计算方案的可行性。

下面是一些常见的验证步骤：1.结构优化验证：首先，需要对所研究体系的初始原子结构进行结构优化。

我们可以使用实验得到的结构或者其他第一性原理计算方法得到的结构作为初始结构，然后使用VASP进行结构优化。

优化的目标是使得系统的总能量降到最低，找到能量最稳定的体系结构。

这一步骤通常使用DFT（密度泛函理论）计算方法和初始的波函数和电荷密度。

2.能带结构验证：在结构优化结束后，我们可以通过计算体系的能带结构来验证计算的准确性。

能带结构可以展现材料的带隙、导带和化合物的本质。

我们可以在不同的路径上计算和绘制能量对动量的关系图来得到能带结构。

这一验证步骤可以帮助我们理解材料的电子结构和导电性质。

3.力学性质验证：VASP也可以计算材料的力学性质，例如弹性常数、杨氏模量和泊松比等。

在进行这类计算之前，我们需要确保所选择的结构是力学稳定的，并且在加压或应变下仍然保持稳定。

因此，在进行这类计算之前，我们需要对原子结构进行弛豫以优化晶格参数和原子位置，以获得稳定的体系结构。

然后，通过施加应力或应变来计算材料的力学性质。

4.衬底效应验证：对于表面或界面材料的计算，我们通常需要考虑衬底的影响。

通过将材料结构嵌入到一个有无限大尺寸的衬底中并进行计算，我们可以模拟实验条件下的表面或界面材料。

这涉及到对衬底的初始结构进行结构优化，并确保表面或界面层的材料是稳定的。

5.收敛测试：在以上验证步骤完成后，我们还需要进行VASP计算的收敛测试。

这是为了确定所选择的计算参数是否足够可靠和准确。

我们可以通过改变计算参数，如平面波截断能、k点网格密度和电子自洽迭代收敛标准等，来测试计算结果的稳定性和收敛性。

通过逐步增加计算参数的精度，直到得到满意的结果为止。

VASP遇到小总结问题

VASP 计算的过程遇到的问题01、第一原理计算的一些心得（1）第一性原理其实是包括基于密度泛函的从头算和基于Hartree-Fock自洽计算的从头算，前者以电子密度作为基本变量（霍亨伯格-科洪定理），通过求解Kohn-Sham方程，迭代自洽得到体系的基态电子密度，然后求体系的基态性质；后者则通过自洽求解Hartree-Fock 方程，获得体系的波函数，求基态性质；评述：K-S方程的计算水平达到了H-F水平，同时还考虑了电子间的交换关联作用。

（2）关于DFT中密度泛函的Functional，其实是交换关联泛函包括LDA，GGA，杂化泛函等等一般LDA为局域密度近似，在空间某点用均匀电子气密度作为交换关联泛函的唯一变量，多数为参数化的CA-PZ方案；GGA为广义梯度近似，不仅将电子密度作为交换关联泛函的变量，也考虑了密度的梯度为变量，包括PBE,PW,RPBE等方案，BLYP泛函也属于GGA；此外还有一些杂化泛函，B3LYP等。

（3）关于赝势在处理计算体系中原子的电子态时，有两种方法，一种是考虑所有电子，叫做全电子法，比如WIEN2K中的FLAPW方法(线性缀加平面波)；此外还有一种方法是只考虑价电子，而把芯电子和原子核构成离子实放在一起考虑，即赝势法，一般赝势法是选取一个截断半径，截断半径以内，波函数变化较平滑，和真实的不同，截断半径以外则和真实情况相同，而且赝势法得到的能量本征值和全电子法应该相同。

赝势包括模守恒和超软，模守恒较硬，一般需要较大的截断能，超软势则可以用较小的截断能即可。

另外，模守恒势的散射特性和全电子相同，因此一般红外，拉曼等光谱的计算需要用模守恒势。

赝势的测试标准应是赝势与全电子法计算结果的匹配度，而不是赝势与实验结果的匹配度，因为和实验结果的匹配可能是偶然的。

（4）关于收敛测试（a）Ecut，也就是截断能，一般情况下，总能相对于不同Ecut做计算，当Ecut增大时总能变化不明显了即可；然而，在需要考虑体系应力时，还需对应力进行收敛测试，而且应力相对于Ecut的收敛要比总能更为苛刻，也就是某个截断能下总能已经收敛了，但应力未必收敛。

能带图画法

电势能
Ee分布
ΔEe=‒qΔV
能带图
移带
定界
补齐费米
快速画法
想象能带是一块长方形粘土并运用以下法则。和传统画法口诀有重复，纯粹为押韵。
扭带定端
像扭动粘土一样扭动能带，保持能带深处（远端）平直、禁带宽度不变和能带接触端面（近端）落差不变。
浓窄浅宽
载流子浓度大的地方能带扭曲区( =势垒/阱区=空间电荷区)窄，且曲率大（根据泊松方程）。反之宽且曲率小。因为浓度大处电阻小承担压降小，反之同理。金属永远几乎不弯。
可崩可穿
雪崩和隧穿都会产生破坏正常→电场E分布→电压V分布→电势能Ee分布→结构能带图
依据原理
P-N结
异质结（某例）
金半接触（某例）
半导体-绝缘体
材料能带图
费米能级高流低
净电荷密度ρ
分布
电中性，
掺杂/载流子浓度
电场E
分布
高斯定律
dE/dx=ρ/ε
（一维）
泊松方程
电压V
分布
电压定义
E=‒dV/dx
（一维）
费米齐全
扭动结果是两边费米能级齐平。根据费米能级与导/价带关系，补全电子和空穴在能带图上的浓度分布图，形成可直接用来分析结构行为的热平衡能带图。
画到这一步时，达到与传统画法相同的结果。接下来是快速定性分析。
阻直通弯
在异质材料互连时，定端原则会形成两种端面形状，直角端面和弯角端面。在端面两侧允能带上都有多数载流子且形成肖特基势垒接触形态时，直角侧载流子向对面的注入电流几乎为零且不随结电压变化而变化，弯角侧载流子注入电流随结电压指数变化。都弯就都指数。

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VASP能带计算
用VASP计算能带和用p4vasp画能带图：
在静态自洽计算的基础上再进行非自洽能带计算。

1、准备文件：INCAR、KPOINTS、POSCAR、POTCAR、CHG、CHGCAR、运行脚本（1）INCAR文件:设置参数，在静态计算的基础上，增加NBANDS（默认值为NELECT/2+NIONS/2，NELECT和NIONS分别为电子数和离子数，可以上一步静态自洽计算产生的OUTCAR文件中找到这两个参数，如grep ‘NIONS’ OUTCAR，和 grep "NELECT" OUTCAR。

)
注意：非自洽计算能带时ICHARG= 11，金属用ISMEAR=1；半导体或绝缘体，用ISMEAR=0。

而计算态密度时：ICHARG = 11，ISMEAR=-5。

（2）KPOINTS文件：使用Line-mode，给出高对称性k点之间的分割点数。

（分割越密，则路径积分越准确，计算量也越大）
k-points along high symmetry lines !注释行，无特别的意义
25 ! intersections，沿G-X特殊点之间产生25个k点
Line-mode ! 程序自动产生特殊k点间的k点
rec ! 各k点相对于倒格子基失来写的
0.0 0.0 0.0 ! Gamma
0.5 0.5 0.0 ! M
0.5 0.5 0.0 ! M
0.0 0.5 0.0 ! X
0.0 0.5 0.0 ! X
0.0 0.0 0.0 ! Gama
其中，设置高对称点的方法为：在MS中打开搭建的结构，点击菜单栏中Tools —>Brillouin Zone Path,点击create，如下图所示，红色实线就代表布里渊区积分路径，相应的高对称点坐标就为选项框中产生的点。

说明：通过指定Line-mode，VASP会自动在起点和终点之间插入指定的K点数，比如上面的文件就是指定VASP计算沿着Gamma点到M点，再到X点,最后再回到Gamma点，每个方向上各取25个K点。

（3）POSCAR、POTCAR、静态自洽计算得到的CHG和CHGCAR。

2、运行脚本，进行计算，得到vasprun. xml文件，并保存在与p4vasp同一文件夹中。

3、利用p4vasp软件画能带导数据：（1）打开p4v后，点击File—>Load system，打开vasprun. xml文件，点击Electronic—>Local DOS + Bands control，出现
p4vasp-ElectronicControlApplet选项框，点击Show—>Bands，得到的如图所示的能带图，其中两条白色细线即为相应的高对称点M、X，通过放大镜可以找到相应的坐标。

（2）在p4vasp-ElectronicControlApplet选项框中的Atom selection中输入元素或者原子在POSCAR中的序号，在Symbol中选择显示的颜色和形状，Symbol size 一般为3，Spin可以选择向上、向下或二者都选，Orbital selection中勾选需要的轨道，点击Add new line，最后出现如下所示能带图，其中红色圆圈即为选择的Fe-dxy自旋向下轨道。

（3）点击Graph—>Export，在Export Data选项框的File中输入保存名.data，如Fe-dxy.data，数据便保存在p4v相应的文件夹里。

同理，还可以选出Fe-dxz、Fe-dyz等轨道，并导出相应数据。

4、处理数据：将导出的数据全部复制到excel表格内，其数据形式为如下所示，其中第一列表示k点坐标，第二列表示能量，第三列表示所选轨道权重，取这三列数据复制到Origin.
在Origin中，选择前两列数据并选择Line的形式，画出整体的能带图，如图所示，左击左上角灰色方块，选择Plot setup，出现如下图所示选项框，在Available Data中选择对应的表格Book1，在Plot Type中选择Bubble，在Show中勾选XA，YB，SC，点击Add，OK，最后根据自己的喜好选择轨道颜色和形式。

（1）选择前两列数据并选择Line的形式，画出整体的能带图
（2）左击左上角灰色方块，选择Plot setup，出现如下图所示选项框
（3）在Available Data中选择对应的表格Book1，在Plot Type中选择Bubble，在Show中勾选XA，YB，SC，点击Add，OK
（4）根据自己的喜好选择轨道颜色和形式。