VASP教程 | VASP态密度计算技巧?

VASP非自洽计算原理

非自洽计算(Non-self-consistent Calculation)是在自洽计算的基础上进行的进一步计算,其目的是在已有的自洽波函数和电荷密度的基础上,通过改变某些参数(如k点、电子占据数等)来计算特定的物理性质,例如能带结构、态密度(DOS)等。
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在VASP中,非自洽计算通常用于计算能带结构、态密度、磁性等性质。例如,在计算态密度时,非自洽计算可以生成DOSCAR文件,其中包含每个原子轨道的分态密度信息,进而可以绘制态密度图

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=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   #固定结构、自洽计算
NSW=0   #离子弛豫的步数
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 #态密度投影
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

pt001电态密度计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将自洽计算hs文件夹复制成非自洽计算hdos文件夹
cp -r hs hdos 
进入dos文件夹
cd hdos
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第二步修改自洽计算的 INCAR 文件
修改 INCAR 文件,让VASP执行自洽计算,修改LORBIT=10、NEDOS=1000
vi INCAR
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第三步,提交自洽计算
sbatch JOB
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第四步,用脚本拆解DOSCAR文件并用Origin软件画态密度图
算完之后拆解DOSCAR文件
split_dos
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然后进到刚才自洽计算的文件夹 crystal/pt/hdos,下载总态密度DOS0文件
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Origin软件读取DOS0文件并绘制总态密度图。
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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附H的态密度计算。态密度是一次非自洽计算,之前已经做了吸附H的结构优化和电荷密度,也就是自洽计算。那现在就可以用自洽计算的文件夹把它复制成态密度,或者说非自洽计算的文件夹,把它变成 hdos,然后进到 hdos 里面修改INCAR,这时候 IBRION 已经是-1, NSW 也是0,这就不用再做调整了。然后要改的就只有一个,这里ICHARG 改成11,让它读取电荷密度且保持不变,这个是非自洽计算通用的一些参数。那么针对态密度,还需要增加LORBIT=10, NEDOS=1000。这两个其中上面是输出轨道的投影,可以投影到 s 轨道、p 轨道、 d 轨道,这样 NEDOS 是态密度的取点个数设置为 1000 个点,保存,直接提交任务即可。非自洽计算会很快就算完了。那么态密度计算完成之后,会得到一个叫 DOSCAR 的文件,态密度的信息都在里面。
那在具体的这个画图之前,先使用一个脚本叫 split_dos,进行 DOSCAR文件的拆解,拆解完之后输出的有 DOS0~DOS5 这样 6 个文件,其中 DOS0 是总态密度, Dos1 ~DOS5 是 5 个原子的分态密度,那么根据之前的结构, 1 ~ 4 是Pt原子,第5个是这个H原子,那么大家可以根据需要做总态密度或者做原子轨道分态密度,这里就以总态密度作图来举个例子,大家有兴趣可以去做一下其他分态密度。
进到 hdos 里面下载 DOS0 文件,然后打开 origin 软件来进行态密度做图,加载刚才的 DOS0 文件,导入 DOS0 文件。顺带讲一下DOS0文件的内容,第一列是能量,第二列是自旋向上的总态密度,第三列是自旋向下的总态密度,后两列分别对应上旋态密度积分、下旋态密度积分,这个积分就不去管它了。
把这个总态密度的上下旋部分做一个图,这样画出来是这样个曲线,然后对横纵坐标它的范围及名称做一个简单的修改。首先横坐标范围就用-6~+6,因为它是金属性的,长一点短一点的区别不大,间隔是2。纵坐标用- 8~8,间隔也是2。然后再对坐标轴名称,横坐标叫电子能量Energy,纵坐标叫DOS。那么这个曲线可以稍微加粗一点,就得到这样一个结果。这个脚本 split _dos,它会把态密度的能量做一个平移,让费米能级平移到0,也就 0 是费米能级的位置,可以看到费米能级左右都有连续电子态的时候,这是显然是一个金属性的结果,如果说 0 左边有电子态,右边有一段是空的,再往后有电子态,那么这个就是半导体或者是绝缘体的一个结果。那么这里显然它是一个金属性。Pt本来是金属性,吸附H之后,它这个导电性是不会发生变化的。大家有兴趣可以做一下分态密度,看看Pt-H之间的相互作用。
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计算态密度专题》探索更多深度教程
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