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VASP结构优化计算

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)。
VASP结构优化计算
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
Winscp软件下载链接
Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP

Pt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pt的CIF文件
VASP结构优化计算
确认结构没有问题后,导出成VASP所需要的POSCAR格式
VASP结构优化计算
打开POSCAR文件,查看pt晶体结构
VASP结构优化计算
第二步,配置VASP输入文件
首先进到计算pt结构优化的位置
cd crystal/pt
cd opt
VASP结构优化计算
POSCAR文件可以从本地电脑上传至超算,内容如下
VASP结构优化计算
INCAR文件具体内容和具体参数意义如下
VASP结构优化计算
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=2    #打开自旋极化
ALGO=N  #确定电子优化的算法
NELM=80   #电子波函数最多计算80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
IBRION=2   #共轭梯度算法用于结构优化
NSW=200   #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
KPOINTS文件具体内容和意义如下
VASP结构优化计算
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
4 4 4  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量
POTCAR文件具体内容如下
VASP结构优化计算
JOB文件是提交任务所需的脚本文件,内容如下
VASP结构优化计算
第三,提交计算任务使用命令
通过sbatch JOB命令提交计算任务,
VASP结构优化计算
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。
VASP结构优化计算
第四步,用VESTA查看计算输出文件CONTCAR
在winscp软件中找到结构优化路径,将计算输出的CONTCAR文件下载
VASP结构优化计算
用VESTA软件打开刚才下载的CONTCAR文件
VASP结构优化计算

总结

本文给大家介绍pt的晶体结构优化计算。首先需要一个pt的 CIF 文件,下载的位置可以去到网上的各种数据库里面,这是一个非常普通的晶体结构,这是它的打开之后的一个图像,pt是一个面心立方结构,一个晶胞中有四个原子,分别是在立方体的顶角和面心的位置。
大概了解之后,把它导出成计算所需要的 POSCAR 文件,比如就叫pt.vasp。接下来看一下它的结构。它是一个立方的结构,晶格常数接近4,四个原子,一个在顶角上,后面三个是在面心的位置。这个模型做好之后,接下来去到超算,计算位置还是 crystal 下面的 pt 文件夹。
第一步做结构优化,已经做好了一个opt的文件夹,把POSCAR 也放上来了,和刚才是完全一样的。再看一下其他的输入参数,KPOINTS 选择的是4x4x4,根据它的晶格常数来确定。 INCAR中ISPIN=2,因为它是过渡金属可能有磁性,然后 ISIF=3,这个晶格常数是要优化的,pt的POTCAR直接从这个赝势包里复制过来这一个文件就可以。
接下来提交计算,算出来它的磁距几乎为0,但是作为过渡金属,还是设置 ISPIN=2,否则有很大的风险。不是每个都会像pt那样没有磁性的。最后来看一下它的CONTCAR和POSCAR 晶格常数差多少?POSCAR 是3.977,前边是3.962,差了 0.015,这个是非常小的一个偏差,说明这个模型和参数没有什么大的问题。
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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