VASP教程 | VASP如何进行差分电荷计算?

VASP自洽计算原理

VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)是一款基于密度泛函理论(DFT)的量子力学模拟软件,广泛应用于材料科学、化学、物理学等领域。其核心计算方法之一是自洽场(Self-Consistent Field, SCF)算法,解决Kohn-Sham方程该算法通过迭代计算电子波函数和密度,直到系统达到自洽状态。
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自洽计算是VASP计算中最基础也是最重要的步骤,其目的是找到电子波函数和相应的总能量,使得电子在晶胞中的分布达到自洽。自洽计算通常包括电荷密度的初始化、波函数的迭代优化以及能量和力的计算。

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

VASP输入参数

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=2    #打开自旋极化
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=-1   #自洽计算
NSW=0   #固定结构
ISIF=2   #固定晶格优化原子坐标
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:
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

Pt吸附H差分电荷计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将结构优化h文件夹复制成h-s1文件夹
cp -r h h-s1 
进入h-s1文件夹
cd h-s1
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第二步,计算吸附构型电荷密度
cp CONTCAR POSCAR
vi INCAR
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通过sbatch JOB命令提交计算任务,
sbatch JOB
第三步,计算催化剂和H原子电荷密度
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下载整体和分离后的电荷
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最后用hs-1的电荷减去hs-2和hs-3的电荷,即可得到差分电荷,可用VESTA处理作图
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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附氢差分电荷计算,差分电荷是反映界面电荷转移的一个情况,它可以生成一张图片,用 VESTA 软件可以做出来。今天来看一下如何执行这个计算。
前面已经做了H吸附的结构优化这个 h 文件夹,那需要把整体的电荷算一下,再把催化剂和这个氢拆开,各自的电荷算一下,用整体的电荷减去各自的电荷,那么就得到差分电荷,也就是界面处的电荷转移情况。把 h 变成 hs-1,这是算整体的电荷,然后再把 CONTCAR变成POSCAR结构保留下来,修改一下INCAR,执行自洽计算,保存,提交任务。接下来把催化剂拆成Pt和H,把 hs-1 变成 hs-2,这个先做Pt的,再把它变成hs-3 是做 H 的,到这个 hs-2 里面修改POSCAR,把H原子删除,提交任务,再去到 hs-3 修改POSCAR,这个时候把Pt原子删除,只留下一个氢原子。
这时候赝势要做一个调整,用H的赝势去覆盖当前的POTCAR,提交计算,这样三个电荷或者说三个自洽计算都已经开始算了,计算完成。那么接下来把三个文件夹中的电荷下载,首先 hs-1 的CHGCAR下载下来之后改一下名字,避免重复,就叫 s1.vasp。然后再去到 s2 的,也是下载 CHGCAR 叫 s2.vasp,最后下载s3。
都下载完之后用 VESTA 软件来执行差分电荷的计算。首先打开 s1 文件,得到整体的电荷,然后再用 s1 减去s2,减去s3。这边是点击Edit, Edit Data, Volumetric Data 导入,先导入s2,一个一个导入,这里有加减的选择,第二个减法。这边单位换算,不动,再导入 s3 还是做减法,那么这样就可以得到这样一个差分电荷的结果,把它的化学键做一个简单的修饰,Pt和Pt成键,Pt和H成键,然后再把它的边界做一个调整,再把电荷云的截面这个地方 show session 去掉,虽然它左右各一半,但是这样看上去就比较好看一些。
黄色的代表得电子,这个青色的代表失去电子。电荷的颜色和刻度可以在这里进行调整,这是它的刻度,正负用一种颜色也可以,正负分开画,刻度做个调整也行。现在正的是0.05,再加一个负的,正负刻度要保持一致,然后正负颜色,负的改成其他颜色也行,这样就可以,OK。那么黄色的代表得电子,红色的代表失电子,那我们可以看到这个键上面是得电子的,然后Pt这里失电子会多一些,H的上方失电子会少一些,这个和它的元素的电负性有一定的关系,中间电荷越多说明键越强。
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计算差分电荷专题》探索更多深度教程
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