VASP教程 | VASP如何进行Bader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,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
LAECHG=.T. #计算Bader电荷
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H2O Bader密度计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将结构优化h2o文件夹复制成自洽计算h2os文件夹
cp -r h2o h2os 
进入h2os文件夹
cd h2os
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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、LAECHG=.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,chgsum.pl和bader脚本处理数据
首先进行电荷求和
chgsum.pl AECCAR0 AECCAR2
然后计算Bader电荷
bader CHGCAR -ref CHGCAR_sum
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Bader电荷结果在ACF.dat文件中的CHARGE一列
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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附水的Bader电荷计算,在之前的视频中,我们已经完成了水分子的吸附结构优化计算,那么Bader电荷是一次自洽计算,把 h2o变成h2os,进到 h2os 里面,把 CONTCAR变成POSCAR,保留结构,修改INCAR, IBRION 改成-1, NSW 改成0,这是常规的自洽计算。对于Bader电荷,再加一个标签LAECHG=.T. 保存提交任务。等自洽计算结束,来提取Bader电荷的数据。
现在自洽计算已经算完了,可以得到这样三个额外的文件,AECCAR0 和AECCAR2,分别是整体的芯部电子和价电子,AECCAR1这里是没有用的。那Bader电荷的数据提取有两步,第一步把这个 AECCAR00 和AECCAR2 文件加起来,得到整体的所有电荷的分布,再执行Bader命令。
计算完成后最重要的文件 ACF.dat,打开看一下,其中这一列 CHARGE 就是Bader电荷的数值,前面是 1 ~ 7 号原子的坐标,那水分子是最后的三个。可以把水分子的电荷加起来看一下它得失多少,电子加起来大约是 8 多一点点,多了0.02、 0.03 的样子,那么水分子是 8 个电子,那么现在超过了8,那说明水分子略微得到一些电子,但这个电荷转移是非常弱的。
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Bader电荷专题》探索更多深度教程
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