张平_第一原理电子结构计算程序_VASP
VASP参数设置详解
VASP参数设置详解VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种用于计算材料和表面的第一性原理分子动力学（MD）和电子结构计算的软件程序。
它是一个功能强大且广泛应用的工具，可用于研究诸如能带结构、电子密度、总能量、力和应力等性质。
为了得到准确的计算结果，合适的参数设置非常重要。
以下是一些关键的VASP参数，以及它们的详细解释。
1.ENCUT（截断能）ENCUT是用于计算波函数的能量截断值。
它控制VASP计算中所使用的平面波基组的能量截断。
较高的截断能可提高计算结果的准确性，但同时也会增加计算的时间和资源消耗。
通常，ENCUT的值应在200到800eV之间选择，并根据体系的特点进行调整。
2.ISMEAR（态的展宽）ISMEAR参数用于控制态的展宽，即Gaussian函数用于展宽费米面附近的电荷分布。
它通常选择为0（对金属材料）或-5（对绝缘体和半导体材料）。
同时，SIGMA参数也需被设置为一个适当的值，以控制态的展宽。
3.IBRION（晶格弛豫类型）IBRION参数用于控制晶格弛豫的类型。
对于静止的体系，IBRION应设置为-1；对于晶胞形状和体积的弛豫，使用2；对于原子位置的弛豫，使用1、此外，ISIF参数用于指定对称性约束的条件，可以根据需要进行设置。
4.NSW（步数）NSW参数用于控制分子动力学（MD）计算中的步数。
步数越大，计算的结果越准确，但计算时间也会随之增加。
根据研究需求，可以选择适当的步数进行计算。
5.EDIFFG（势场截止值）EDIFFG参数用于控制在每个步骤中结构优化时原子之间相对位移的收敛标准。
它表示两个连续构型之间最大原子位移的标准，较小的值通常会导致更精确的结果。
6.KPOINTS（k点网格）KPOINTS参数用于控制在计算布里渊区积分时所使用的k点网格。
它决定了计算的精度和效率。
理想情况下，应选择一个高度对称的k点网格，以保证准确性。
第一性原理探究磷酸铁锂富锂相
第一性原理探究磷酸铁锂富锂相摘要：本文以第一性原理计算方法探究了磷酸铁锂富锂相的结构、稳定性及电化学性能。
通过优化晶胞参数，确定了最稳定的结构。
计算结果表明，磷酸铁锂富锂相具有良好的电化学性能，其理论比容量高达322mAh/g，且具有较好的稳定性和可逆性。
关键词：第一性原理、磷酸铁锂、富锂相、电化学性能、比容量Abstract:In this paper, we investigated the structure, stability and electrochemical properties of lithium-rich phosphate iron with first-principles calculations. By optimizing the cell parameters, the most stable structure was determined. The theoretical capacity of the lithium-rich phosphate iron was as high as 322mAh/g, indicating good electrochemical performance and stability.Keywords: First-principles, Lithium-rich phosphate iron, Rich-lithium phase, Electrochemical properties, Specific capacity1.引言锂离子电池作为一种高能量、高效率的电池，已经广泛应用于移动电子设备、电动车、储能系统等领域。
其中，正极材料对电池性能的影响至关重要。
目前，磷酸铁锂是一种常用的正极材料，具有较高的理论比容量和良好的稳定性。
然而，由于其平衡电位较低，在高电压操作下容易发生结构破坏和容量衰减。
因此，设计开发更高容量、更稳定的正极材料是锂离子电池领域的重要研究方向之一。
VASP参数设置详解要点
VASP参数设置详解要点VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种第一原理计算程序，用于计算材料性质和从头计算材料结构。
在进行VASP模拟时，合理设置参数非常重要，它们决定了模拟的准确性和效率。
下面将详细讨论几个关键的VASP参数设置要点。
1.设置能量截断（ENCUT）：ENCUT是控制计算中的平面波能量截断的参数。
它应该尽量接近真实波函数的动能截断，以保证计算结果的准确度。
选择合适的ENCUT值非常关键，过低的值可能导致计算不收敛，过高的值则会造成计算时间过长。
一般建议从400eV开始进行尝试，然后根据计算的收敛性和计算结果调整。
2.设置k点密度（KPOINTS）：k点密度是控制倒空间采样的参数。
k点密度越高，计算结果越准确，但计算时间也会增加。
为了在准确性和效率之间取得平衡，可以根据材料的对称性和大小进行合理的选择。
一般情况下，对于晶体，k点密度可以使用Reciprocal Space的自动生成程序，对于分子系统，可以使用Gamma Point + Monkhorst Pack方案。
3.设置电子步的最大迭代次数（NELM）：NELM是控制电子步迭代收敛性的参数。
它决定了算法进行多少次最大迭代。
在计算过程中，电子步的总数是非常关键的。
如果电子步的迭代次数不足，可能会导致计算不收敛。
通常可以从60次开始进行尝试，如果计算结果不收敛，可以增加NELM的值。
4.设置计算精度（PREC）：PREC参数是控制计算精度的参数。
该参数取值从粗到细分别为Low，Medium，High和Accuracy。
选择适当的计算精度可以在减少计算时间和提高计算结果准确性之间取得平衡。
一般情况下，可以从Medium开始尝试。
5.设置自洽迭代的收敛判据（EDIFF）：EDIFF是控制自洽迭代收敛性的参数。
当自洽迭代前后两次总能量的变化低于EDIFF时，认为自洽迭代收敛。
合理设置EDIFF可以保证计算结果的准确性。
张平第一原理电子结构计算程序VASP.pdf
(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)
VASP计算方法
VASP计算方法VASP是维也纳第一原理模拟计算软件的缩写。
它是一种基于密度泛函理论的材料模拟计算方法，广泛应用于化学、物理、材料科学等领域。
VASP使用基于平面波展开（plane wave basis）的赝势（pseudopotentials）方法来描述材料中的电子结构。
其核心思想是将电子波函数以平面波的形式展开，并采用赝势来模拟电子的相互作用。
这种方法能够高效地计算含有数百个原子的系统的电子结构和相关性质。
在VASP中，首先需要确定材料的晶体结构。
用户可以通过输入晶体结构的空间群信息和原子坐标来定义体系的几何信息，还可以指定晶胞的尺寸和形状。
然后，通过选择适当的波函数和赝势，可以定义计算模型并进行模拟计算。
VASP计算可以分为一系列的步骤，包括结构优化、静态能量计算、力学性质计算等。
首先，通过结构优化，可以找到体系的最稳定结构和原子位置。
随后，通过静态能量计算，可以计算材料的能带结构和密度态。
在静态计算的基础上，还可以计算材料的力学性质，如弹性常数、声子谱等。
此外，VASP还可以进行分子动力学模拟和绝对零度的自由能计算。
在VASP计算中，还需要设置一些计算参数来优化计算性能和结果的准确性。
例如，可以通过设置波函数的能量截断来控制展开平面波的数目，提高计算效率。
还可以选择适当的赝势来模拟材料中的电子相互作用。
此外，还可以通过设置自旋极化和计算参数等，扩展VASP的应用范围和处理领域。
除了常规计算方法外，VASP还提供了一些高级计算功能，如HSE06方法和GW近似方法等。
这些方法可以进一步提高计算结果的准确性和可靠性。
总之，VASP是一种强大而灵活的第一原理模拟计算方法，可用于研究和预测各种材料的性质和行为。
通过调整计算参数和采用适当的计算模型，可以在各种材料科学领域中开展深入的研究，并帮助解决实际问题。
VASP基于第一性原理分子动力学计算的软件包简介
VASP基于第一性原理分子动力学计算的软件包简介VASP是使用赝势和平面波基组，进行第一性原理分子动力学计算的软件包。
VASP中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子基态。
这些技术可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。
离子和电子的相互作用超缓Vanderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。
两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。
力与张量可以用VASP很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。
主要功能Ⅰ从理论角度分析：(1). 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；(2). 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；(3). 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数)；(4). 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)；(5). 计算材料的光学性质；(6). 计算材料的磁学性质；(7). 计算材料的晶格动力学性质(声子谱等)；(8). 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)；(9). 从头分子动力学模拟；(10). 计算材料的激发态（GW准粒子修正)等等。
Ⅱ从应用角度分析：VASP原子和分子的基态性质计算、晶体结构参数的优化、晶体的电子结构计算、晶体的磁学性质计算、分子动力学模拟。
特别是研究材料的磁学性能、固体表面性质方面有独到的功能。
应用举例：例1，高压下氢吸附在Mg中，可能形成的不同结构的状态方程。
本工作发表在 Phys. Rev. Lett., 89 (17), 2002. 杂志上。
Calculated unit-cell volume vs total-energy relations for MgH2 in actual and possible structural arrangements as obtained from VASP.例2，经过研究发现新的吸附方式本工作发表在Phys. Rev. B 67 235403 (2003)杂志上。
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=-0.01 IBRION=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 1.04Direct0.0 0.0 0.00.5 0.5 0.00.5 0.0 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INCAR：PREC = Medium，ISTART = 0，ICHARG = 2，ISMEAR = -5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=-0.01 #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 DynamicDirect0.0 0.0 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 Pack15 15 150.0 0.0 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。
第一性原理计算在新材料研究中的应用
Gaussian
Gaussian是一个功能强大的量子化 学综合软件包。主要功能有对分子 结构和能量、过渡态的能量和结构、 化学键和反应能量、分子轨道、原 子电荷和电势、红外和拉曼光谱等 的计算。
研究周期性体系：Gaussian扩展了 化学体系的研究范围，它可以用周 期性边界条件的方法（PBC）模拟 周期性体系
USPEX
优点
➢ 成功地实现了对于任意给定温度、压强条件下，仅从材 料化学成分组成进行晶体结构预测
➢ 无需实验数据，仅从材料的化学成分出发预测晶体结构， 特别适用于高温、高压等极限条件下的结构预测。
➢ 支持各种晶胞结构的搜索。可以由实验得到的晶胞结构 开始搜索，如晶胞参数、晶胞形状、晶胞体积等；也可 以由已知和假设结构开始搜索。
应用第一原理方法计算材料的电荷分布和弹性常数，可以 获得材料的特征参数，从而能够表征、预测甚至设计材料 的结构与性能，为以后对FeZn13的验研究和理论研究提供理 论依据。
FeZn13弹性常数的第一原理计算
材料弹性是人们选择和使用材料的依据之一；作为减振元 件或结构则要求材料应变能要高。近代航空、航天、无线 电及其精密仪器仪表工业对材料的弹性有更高的要求，不 仅要有高的弹性模量，而且还要恒定，同时，准确测定材 料的弹性常数，对于研究材料间原子的相互作用和相变都 具有工程和理论意义。
Pd基Heusler合金Pd2CrGa晶体结构预测
Pd2MGa（M=Cr, Fe）的结构 （a）L21结构；（b）四方结构 ( -Pd原子 -M原子 - Ga原子)
34
Pd基Heusler合金Pd2CrGa晶体结构预测
磁性
Pd2CrGa呈现铁磁性，Cr原子是Pd2CrGa总磁矩的主要来源。
Pd基Heusler合金Pd2CrGa晶体结构预测
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。
VASP中画部分电荷密度方法
VASP中画部分电荷密度方法VASP是一种常用的第一性原理计算软件，可以用于计算物质的电子结构和物理性质。
在VASP中，可以使用多种方法来计算材料的部分电荷密度，其中最常用的方法是通过投影到局域化轨道（Projection onto Localized Orbitals, PLO）来计算部分电荷密度。
在VASP中，计算部分电荷密度需要以下步骤：1. 绘制轨道：首先，需要确定感兴趣的原子或分子的轨道，例如局域化的d轨道、杂化轨道等。
这可以通过使用Wannier90软件包来实现，该软件包可以将Kohn-Sham波函数投影到局域化的原子轨道上。
2. 投影矩阵：使用Wannier90软件包生成的投影矩阵可以将Kohn-Sham波函数投影到局域化的原子轨道上。
这个投影矩阵可以在Wannier90的输出文件中找到。
3.计算部分电荷密度：使用VASP的计算任务，通过设置INCAR文件来包含所需的信息。
在这个文件中，需要指定投影矩阵的文件名以及所需的波函数文件。
在计算任务开始后，VASP将使用投影矩阵和波函数来计算部分电荷。
需要注意的是，计算部分电荷密度需要使用相对大的截断能和k-点网格，以保证计算结果的精度。
此外，计算部分电荷密度所需的计算资源也较高，因此可能需要较长的计算时间和大量的内存。
除了PLO方法外，VASP还支持其他方法来计算部分电荷密度，如Mulliken方法、Hirshfeld方法等。
这些方法在原理和计算步骤上有所不同，但都可以用于计算材料的部分电荷密度。
总结起来，VASP中计算部分电荷密度的方法可以通过使用投影到局域化轨道的方法来实现。
通过绘制轨道，生成投影矩阵，并在VASP的计算任务中设置相应的参数，可以计算材料的部分电荷密度。
但需要注意，这种计算方法对计算资源的要求较高，可能需要较长的计算时间和大量的内存。
高压下Y-Si-H_体系晶体结构和超导性质的第一性原理研究
DOI: 10.11858/gywlxb.20230791高压下Y-Si-H 体系晶体结构和超导性质的第一性原理研究马 浩，陈 玲，蒋其雯，安德成，段德芳（吉林大学物理学院, 超硬材料国家重点实验室, 物质模拟方法与软件教育部重点实验室, 吉林 长春 130012）摘要：采用第一性原理计算方法，研究了三元氢化物Y-Si-H 体系在高压下的晶体结构、电子性质及超导性质，发现了热力学稳定的YSiH 7、YSiH 9、YSi 2H 12和YSiH 18，以及热力学亚稳的YSi 2H 13、YSi 2H 14和Y 2SiH 17。
电子性质计算表明，YSiH 7为绝缘体，YSi 2H 13为半导体，其余氢化物均具有金属特性。
通过麦克米兰方程估算超导转变温度（T c ）发现，YSi 2H 12具有最高的T c ，在100 GPa 下为43.5 K 。
YSi 2H 14的动力学稳定压力可降至40 GPa ，T c 为23.8 K ，是Y-Si 二元化合物中最高T c 的2倍,说明在Y-Si 体系中引入H 原子可以有效地提高超导转变温度。
Y 2SiH 17在100 GPa 下的T c 为35.8 K 。
谱函数和电声耦合计算结果表明，在YSi 2H 14和Y 2SiH 17中除中频振动的H 原子诱导超导外，低频振动的Y 原子也起着重要作用。
关键词：高压；氢化物；第一性原理；结构预测；超导电性中图分类号：O521.2 文献标志码：A自1911年荷兰物理学家Onnes 首次发现汞的超导现象以来，寻找高温超导体一直是凝聚态物理领域的重要研究课题之一。
根据Bardeen-Cooper-Schrieffer （BCS ）理论[1]，超导转变温度T c 与德拜温度成正比，德拜温度与元素的质量成反比，所以轻质元素是潜在的高温超导材料。
氢元素作为元素周期表里最轻的元素，理论上最有可能实现高温超导，甚至是室温超导。
氢单质在常压下表现为绝缘体，于是Wigner 等[2]根据高压下晶体结构会发生相变这一性质，预言了在极高压力下氢会由非金属相转变为金属相，并且存在高T c 。
VASP及第一性原理电子结构计算
Automatic mesh 0 Gamma 10 10 6 00 0 0.0 0.0 0 0 0.0 0
EDIFFG=-0 EDIFFG 0.02 02 IBRION=2 ISIF=2 ISIF 2
# 离子驰豫结束条件 #离子驰豫算法 #离子驰豫方式
(2) ( ) 自洽计算优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数
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
# 离子驰豫结束条件 #离子驰豫算法 #离子驰豫方式
(4). 做非自洽计算, 算 求态密度 密度
Automatic mesh 0 Gamma 10 10 10 00 0 0.0 0.0 0 0 0.0 0 Automatic mesh 0 Gamma 19 19 19 0.0 0.0 0.0
System=hcp Mg
•
共100多个关键词，一般都有合适的默认值。通常需设置的有 10个左右。即使 个左右 即使INCAR文件无任何内容也可以进行计算。 文件无任何内容也可以进行计算
INCAR
推荐：自己手动设置ENCUT, ENCUT TITLE TITLE, ISTART ISTART, ICHARG, ICHARG ISMEAR ISMEAR, EDIFF EDIFF, PREC等
(5). ) 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，提取数据,画能带图
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。
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简介ppt课件
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
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
10
…………
输出文件
VASP提供 各种POTCAR
K-Points 0 Monkhorst Pack 21 21 21 000
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
☺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
设置标题，以说明所计算的体系 设置平面波切断动能(不采用默认值) 说明这次计算是一次全新的计算 按体系中的原子构造初始的原子密度 采用四面体方法 电子迭代的收敛标准是1E-5 精度为Accurate
VASP程序使用
VASP程序使用VASP程序是一种用于计算固体材料和表面材料性质的量子化学计算程序。
它采用第一性原理方法，即从基本的原子核和电子相互作用出发，通过解波恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）方程来计算材料的能带结构、电子态密度、原子结构、晶格参数、声子谱等物理性质。
VASP程序的应用广泛，可以用于材料科学、物理学、化学等众多研究领域。
在开始使用VASP程序之前，需要进行一系列的准备工作。
首先，用户需要获取VASP程序及其相关的源代码和输入文件。
其次，用户需要安装VASP程序并设置好环境变量。
VASP程序可以在不同的操作系统上运行，包括Linux、Unix和Windows等。
使用VASP程序的第一步是准备输入文件。
这些输入文件包括晶体结构文件（POSCAR文件）、计算参数文件（INCAR文件）、赝势文件（POTCAR文件）和K点网格文件（KPOINTS文件）等。
用户需要准备这些文件并将其放到同一个目录下。
其中，POSCAR文件包含晶体结构信息，INCAR文件包含计算参数设置，POTCAR文件包含赝势信息，KPOINTS文件包含K点网格信息。
一般情况下，VASP程序的计算时间较长，需要较大的计算资源。
用户需要根据自己的计算目标和计算机性能来选择合适的计算参数和计算资源。
如果计算任务较重，可以使用并行计算来提高计算效率。
在计算完成后，用户可以通过查看输出文件来获取计算结果。
输出文件包括能带图文件、DOS文件、晶体结构文件等。
用户可以利用这些文件来分析材料的能带结构、电子态密度、原子结构等性质。
VASP程序还提供了一系列的后处理工具，用户可以使用这些工具来进一步分析和处理计算结果。
VASP计算实例
VASP计算实例VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种常用的第一性原理计算软件包，用于模拟和计算材料的结构和性质。
它基于密度泛函理论（DFT）和平面波基组，具有高精度和高效率的特点。
下面是一个关于VASP计算的示例：为了演示VASP的使用，我们将以氧化铁（Fe2O3）为例进行计算。
氧化铁是一种重要的功能材料，应用广泛，如磁性材料、电子器件、催化剂等领域。
1.准备输入文件：首先，我们需要准备输入文件。
VASP的输入文件主要包括两个部分：结构文件（POSCAR）和参数文件（INCAR）。
POSCAR文件描述了体系的晶体结构，包括晶格常数、原子种类及坐标等信息。
INCAR文件则包含了VASP计算的各种参数设置，如计算方法、收敛条件、化学势等。
2.设置INCAR文件：我们需要根据需求设置INCAR文件的参数。
例如，选择泛函理论的类型（LDA或GGA）、平面波能量截断（ENCUT）、收敛判据（EDIFF）等。
此外，还需要注意设置计算类型（静态计算、构型优化、分子动力学模拟等）及相关参数。
3.运行VASP：在设置完输入文件后，我们可以启动VASP进行计算。
一般情况下，我们可以在命令行界面输入"vasp"命令启动VASP。
此时，VASP将读取输入文件，并开始进行计算。
4.结果分析：计算完成后，可以通过VASP的输出文件来分析计算结果。
VASP的输出文件主要包括：能量、晶格常数、原子坐标、能带结构、态密度等信息。
我们可以通过这些信息来理解和分析材料的结构和性质。
除了以上基本计算流程，VASP还提供了许多功能和选项，可用于更复杂的计算和分析。
例如，通过设置不同的计算类型和参数，可以进行构型优化、声子计算、电子结构计算、弛豫过程模拟等。
此外，VASP还支持并行计算和计算集群的使用，以提高计算效率。
总结：VASP是一个功能强大且广泛应用的第一性原理计算软件包。
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。
VASP用VASP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 1 NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM steps EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM LREAL = .FALSE. real-space projection
P. 6
INCAR 文件：
SYSTEM = Si Startparameter for this run: NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timer PREC = medium medium, high low ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2samecut ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10const ISPIN = 1 spin polarized calculation?
8、《Notes on the Density Matrix Theory》
论坛：
9、《磁性薄膜与磁性粉体》
10、《高等计算物理》
11、《磁性物理学》
12、《薄膜物理》
论坛：
P. 11 还需要更改KPOINT文件，来指定我们感兴趣的某些高对称性的K点。 在VASP4.6中，可以通过Line mode来轻易实现.
k-points along high symmetry lines 10 ! 10 intersections Line-mode rec 0 0 0 ! gamma 0.5 0.5 0 ! X 0.0 0.0 0 ! gamma 0.5 0.5 0.5 ! L
P. 11
POSCAR 文件：
采用FCC原胞，所以每个原胞包含两个硅原子
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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(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
(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
DOS
0.4
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
KPOINTS文件:
k-points along high symmetry lines 100 ! 100 intersections Line mode rec 0 0 0 ! gama 0.3333 0.3333 0 ! K 0.3333 0.3333 0 !K 0.5 0.0 0.0 ! M 0.5 0.0 0.0 ! M 0 0 0 ! gama 0 0 0 ! gama 0 0 0.5 ! A 0 0 0.5 ! A 0.3333 0.3333 0.5 ! H 0.3333 0.3333 0.5 ! H 0.5 0.0 0.5 ! L 0.5 0.0 0.5 ! L 0 0 0.5 ! A
3 3 3 3
r j) r j)
r r r Γ = 0b1 + 0b2 + 0b3 = (0,0,0) 1 r r 1 1 K = (b1 + b2 ) = ( , ,0) 3 r 3 3 M = 0.5b1 = (0.5,0,0) r A = 0.5b3 = (0,0,0.5) r r r H = 0.5b1 + 0.5b2 + 0.5b3 = (0.5,0.5,0.5) r r r L = 0.5b1 + 0b2 + 0.5b3 = (0.5,0,0.5)
KPOINTS输入文件: 控制K-点的选取方式
K-Points 0 Monkhorst Pack 11 11 11 0 0 0
POTCAR输入文件: 赝势文件
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 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 …………
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
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 GGA=91 NPAR=4 NSW=100 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 LWAVE = F LCHARG = F
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CHGCAR /lev
1
0
(Å)
-1
0 0 .0 7 0 .1 4 0 .2 1 0 .2 8 0 .3 4 0 .4 1 0 .4 8 0 .5 5
-2
-3 -3 -2 -1 0 1 2 3
unit cell coordinates are optimized Fixed layers (bulk)
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
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
c/a
r 1r 3 r a1 = a( i − j ) 2 2 r r 1 3r a2 = a( i + j ) 2 2 r r a3 = ck
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
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
r r r 1 a1 = a ( j + k ) 2 r 1 r r a 2 = a (i + k ) 2 r 1 r r a3 = a (i + j ) 2
0.866 0.0
B A B A
(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
8
8
4
4
E (eV)
0
0
-4
-4
-8
-8
-24
A
L
M
Γ
A
H
K
Γ
-24
A
L
M
(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 0 0 0
电荷密度
Be(112 0)
Be(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: 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
(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 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
Γ
A
H
K
Γ
DENSITY OF STATES
5
0
-5
-20
-10