结构优化计算流程!以氧化镁为例,逐步讲解!

VASP结构优化原理

结构优化的核心目标是通过调整原子位置或晶格参数,使体系的总能量达到最小值。在VASP中,这一过程通常通过迭代算法实现,例如共轭梯度法(Conjugate Gradient)或准牛顿法(Quasi-Newton)。
优化过程中,系统会根据当前的原子力和能量变化进行调整,直到满足预设的收敛条件(如能量变化小于设定值)。
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结构优化的理论基础是密度泛函理论(DFT),其核心是通过交换-相关泛函(如GGA或LSDA)来描述电子结构。在VASP中,常用的交换-相关泛函包括Perdew-Wang 1991(PW91)和PBE等。这些泛函通过近似描述电子之间的相互作用,从而计算体系的总能量和结构。

准备工作

VASP计算需要准备超算连接软件EASYCONNECT与SSH,建模软件VESTA,以及VASP的输入文件INCAR,KPOINTS,POTCAR
VESTA软件下载链接
jp-minerals.org/vesta/en/download.html
EASYCONNCT软件下载链接
EasyConnect下载-EasyConnect最新版下载V7.6.7.0
SSH软件下载链接
SSH手机客户端下载-SSH手机客户端最新版下载3.5.2 – 学霸网

氧化镁结构优化计算

第一步用VESTA软件生成POSCAR文件
首先通过VESTA软件读取CIF文件
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确认结构没有问题够,导出成VASP所需要的POSCAR格式
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打开POSCAR文件,查看氧化镁晶体结构
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第二步:连接超算平台
连接超算平台需要用到 EASYCONNECTSSH软件或其他FTP软件。首先打开EASYCONNECT 软件,输入超算的IP地址
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再填入超算VPN的用户名及密码,并点击登录
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登录完毕后打开FTP软件,这里选择SSH软件
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点击超算的用户名连接
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在对话框中输入密码,即可完成登录
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第三步:配置VASP输入文件
首先进到计算氧化镁结构优化的位置,比如这里的opt文件夹
cd crystal/mgo/opt
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POSCAR文件可以从本地电脑上传至超算,内容如下
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INCAR文件具体内容和具体参数意义如下
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ISTART=0    #开始新的任务,随机产生初始波函数
ICHARG=2  #开始新的任务,从原子电荷密度产生体系初始电荷密度
PREC=M   #计算精度,决定ENCUT,FFT的网格大小
ISPIN=1    #关闭自旋极化
ALGO=N  #确定电子优化的算法
NELM=60   #电子波函数最多计算60步
EDIFF=1E-5  #相邻两步电子迭代的能量差收敛标准
ENCUT=400  #平面波截断能400 eV
IVDW=11   #考虑范德华力修正
IBRION=2   #共轭梯度算法用于结构优化
NSW=100   #离子弛豫的步数
ISIF=3   #控制晶格变化,晶格常数优化
EDIFFG=-0.1  #离子弛豫的force的收敛标准
ISMEAR=0   #费米能级附近电子占据数为高斯分布,适合金属、半导体、绝缘体
SIGMA=0.1  #高斯分布展宽0.1 eV
LORBIT = 10 #局域态密度
KPOINTS文件具体内容和意义如下
Automatic generation  #注释行
0  #自动产生K点网格
G   #布里渊区K点网格以Gamma点为中心
6 6 1  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量
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POTCAR文件具体内容如下
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JOB文件是提交任务所需的脚本文件,内容如下
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:提交计算任务使用命令
通过sbatch JOB命令提交计算任务
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在计算过程中查看此处的output文件
cat output
判断计算是否完成,看到reach required accuracy代表计算已经完成。
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第五步:用VESTA查看计算输出文件CONTCAR
将计算输出的CONTCAR文件下载,用VESTA打开检查计算结果。首先打开XFTP用于文件传输 
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然后选择本地电脑的路径,再找到超算上的文件夹,也就是crystal/mgo/opt,下载CONTCAR文件
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最后用VESTA软件打开刚才下载的CONTCAR文件
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对比计算前的 CIF 文件和计算后输出的CONTCAR,可以发现两个结构几乎是一样,说明结构优化计算已经成功的完成了。
 
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