VASP弹性常数计算

弹性常数计算原理

弹性常数是描述材料力学性质的重要参数,反映了材料在受力时的响应能力。在第一性原理计算中,弹性常数通常通过以下两种方法计算:
(1) 应力-应变法(Stress-Strain Method)
该方法通过计算材料在微小应变下的能量变化,结合泰勒展开和二阶导数来确定弹性常数。具体步骤包括:
施加应变
对晶体结构施加微小应变(如δ),并计算其总能量变化。
能量拟合
通过多项式拟合能量与应变的关系,提取弹性常数矩阵。
弹性常数提取
通过求解能量-应变关系的二阶导数,得到弹性常数(如C11、C12、C44等)。
VASP弹性常数计算
(2) 能量-应变法(Energy-Strain Method)
该方法基于能量-应变关系,通过计算不同应变下的总能量变化,结合多项式拟合和二阶导数计算弹性常数。
该方法在计算精度和效率上优于应力-应变法,尤其适用于复杂晶体结构。

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,超算连接软件Winscp
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
Winscp软件下载链接
Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP

VASP输入参数说明

INCAR文件:
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
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=6   #弹性常数计算
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
NFREE = 2 #中心差分法计算能量对位移的微分
POTIM=0.015 #差分法步长
KPOINTS文件:
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
5 5 5  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量

MgO弹性常数计算

第一步、进入mgo计算文件夹
cd crystal/mgo 
将结构优化opt文件夹复制成elas弹性常数的文件夹
cp -r opt elas 
进入elas文件夹
cd elas
VASP弹性常数计算
第二步、修改INCAR
vi INCAR
修改IBRION=6、NSW=1、NFREE=2、POTIM=0.015。
VASP弹性常数计算
第三步、把结构优化的CONTCAR复制成POSCAR
cp CONTCAR POSCAR
提交计算任务
sbatch JOB
VASP弹性常数计算
第四步、在OUTCAR中检索弹性常数矩阵
计算完成后再OUTCAR中搜索弹性常数矩阵
grep “TOTAL ELASTIC MODULI” -A9 OUTCAR
VASP弹性常数计算
这就是弹性常数的计算。
本文干货内容由拥有15年VASP实战经验的华算科技朱老师(同济大学本博、深圳海外高层次人才)撰写,👉欢迎点击进入《VASP计算专题》探索更多深度教程
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