VASP教程 | VASP—Pt001吸附H零点振动能和熵计算!

VASP原子振动频率计算原理

原子振动频率的计算通常基于对系统能量对原子坐标的二阶导数(Hessian 矩阵)的计算。Hessian 矩阵描述了系统在原子位置变化时的能量变化,其特征值对应于振动频率的平方。通过计算 Hessian 矩阵,可以得到系统的振动模式和对应的振动频率。
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首先,通过几何优化(如共轭梯度算法)找到系统的最低能量结构,以确保计算的稳定性。在优化后的结构基础上,通过计算 Hessian 矩阵或使用有限位移法(finite difference method)或密度泛函微扰理论(DFPT)来计算振动频率。最后通过分析输出文件(如 OUTCAR)中的振动频率数据,可以得到系统的振动模式和对应的频率值。

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=5   #原子振动频率计算
NSW=1   #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
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
6 6 1  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量

pt001吸附原子振动频率计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
结构优化h文件夹复制成自洽计算hfreq文件夹
cp -r h hfreq 
进入hfreq文件夹
cd hfreq
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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,修改IBRION=5、NSW=1、NFREE=2、POTIM=0.015。
vi INCAR
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第三步,提交振动计算
sbatch JOB
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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,zpe和ts脚本提取零点振动能和熵
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今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附H零点振动能与熵的计算。在之前的视频中,我们已经完成了吸附H的结构优化计算,也就是 h 文件夹。接下来 把 h 文件夹复制成 hfreq 振动计算,进入hfreq,首先把 CONTCAR 变成POSCAR,结构保留,然后修改 INCAR。振动计算的话,这里 IBRION改成5, NSW 改成1,增加 NFREE 等于2, POTIM 等于0.015,这样就把 INCAR 修改好了。然后修改 POSCAR,催化剂原子全部要固定,就是把这里的 T和F 全都改成F,而吸附的H原子还是保留T,也就是催化剂原子不参与振动计算。改完之后提交计算任务,等这个计算完成之后,我们需要用一个脚本去提取它的振动和熵的数值。
这边一共只有一个H原子参与振动计算,所以自由度是 3, X、 Y、 Z 方向各一个自由度,那么它是用有限差分法来算这个能量的,因此有三个自由度。有限差分法会有前向、后向各一个点,就是每个方向有两个计算,总共有 6 个计算。六个方向的能量都已经算好了,算完之后,用到一个脚本叫 zpe来提取它的振动能量 0.14 eV,再用一个脚本叫ts,那么这里要输入温度298.15K,得到它的振动的熵,这个熵是包含温度的这个结果的,这样我们就把零点振动能和熵给大家算完了,这个在催化中是非常常见的。
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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