VASP教程 | VASP—静电势计算技巧?

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,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
LVHAR=.T.  #输出静电势
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吸附H静电势计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将结构优化h文件夹复制成自洽计算hs文件夹
cp -r h hs 
进入hs文件夹
cd hs
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把 CONTCAR 复制成POSCAR
cp CONTCAR POSCAR
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第二步修改结构优化的 INCAR 文件
修改 INCAR 文件,让VASP执行自洽计算,修改IBRION=-1、NSW=0、LVHAR=.T.
vi INCAR
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第三步,提交自洽计算
sbatch JOB
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使用 squeue 命令来看任务队列,已清空。
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计算完成后查看输出文件output
cat output
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第四步,vtot脚本处理数据
运行vtot脚本进行平均静电势计算
vtot
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计算完成后得到VLINE文件
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用Origin软件作图即可得到静电势曲线
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今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001吸附H静电式计算,在上一期视频中,已经完成了Pt吸附H的结构优化计算,也就是 h 文件夹。那么静电式计算是一次自洽计算,先把 h 变成hs,进到 hs 里面,把 CONTCAR 变成POSCAR,结构保留下来,再修改 INCAR 做一次自洽计算,把这个IBRION 改成-1, NSW 改成0。
那么对于静电式计算,需要加一个标签 LVHAR =.T. ,它输出静电式文件,如果你只要静电式的话,这样够了,如果你要做一些功函数,因为静电式可以得到功函数,还需要加其他标签,在后续的视频中会给大家详细的介绍,那么它就会输出整体的一个电势分布情况,保存。其他参数就不用修改,提交任务。
等自洽计算算完就可以得到一个叫LOCPOT的静电势文件。算完了,得到这样一个文件,没有刚才那个标签,这个文件是默认不输出的,那么输出之后要对静电势文件沿某一个方向做一个平均,因为大家在文献中经常会看到沿 z 方向的电势分布,那么就是用这个脚本叫vtot。这边问你哪个方向去保留,那沿 z 方向作图的话,就是选3。算完之后就会有一个VLINE 的曲线,来看一下这个就是沿 z 方向一共选了 160 个点,这个是和 z 轴的长度有关系。 3 就是刚才的 3 号方向,那么上面这个行就不要了,我们用这两列数据来做一个图。
把 hs 中的 VLINE 文件下载一下,打开 origin 软件,导入刚才的 VLINE 文件,那么就两列数据。看到图这里有一条斜线,那是由于第一行的没有删掉,把它删掉。先把横坐标、纵坐标来修饰一下,横坐标就是 0~160,一共是160 个数据点,纵坐标的话是它的电子能量,就用-20~5,然后坐标轴名称,这个就叫做grid,就是 x 方向网格点的个数。然后纵坐标就是Potential,单位是电子伏特。这个静电势的曲线就做好了。
做一个简单的分析,对比一下这个结构。看一下这里有一层原子,两层原子加上上面一个原子,那么有原子的地方,静电势往往是极小值,所以一个极小值,两个极小值,这里略有一个极小值,所以这是一层Pt,第二层Pt这个极大值就是两层Pt中间的位置,那么这里有一个H原子的这个电势的下降,如果你上面是一层的话,这个会降下来更明显一些,那么这样就得到了整体的一个电势分布情况,那么后续我们会用这个电势的结果来得到它的功函数。
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计算功函数专题》探索更多深度教程
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