VASP教程 | VASP静电势计算流程!

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H2O静电势计算

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、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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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附水的静电势计算,在之前的视频中已经完成了吸附水的结构优化计算,接下来把优化的文件夹变成静电势的文件夹,其实就是一个自洽计算,叫h2os,进入 h2os 把CONTCAR变成POSCAR,结构保留修改INCAR。ISTART改成1,ICHARG 改为1,读取波函数及电荷密度, IBRION 等于-1, NSW 改成0,这是正常的自洽计算。对于静电势的话还需要加一个LVHAR=.T. 输出静电势曲线。这样就可以了,提交计算任务。计算已经完成。
算完之后输出了一个 LOCPOT 这个文件,它就是一个静电势的一个数据。那么接下来对静电势做一个二维的平均,让电势只保留 z 方向的变化,xy平面内做平均,使用脚本 vtot 保留方向选 3 ,算完之后会有一个 VLINE 的数据文件,大概看一下,其中第一列是 z 方向的计数点,一共 160 个,第二列就是它的静电势的结果,那么这个数字在作图的时候要把它删掉。接下来我们把刚才的 VLINE 文件下载下来。
用 origin 文件打开刚才的 VLINE 文件,第一行删除。那么开始作图,这就是静电势的曲线,横纵坐标范围及名称做一个修改。横坐标是沿着 z 方向的距离,叫distance,纵坐标就是静电势。可以看到修饰后是这样一个曲线,这里有一个波动。一般来说有原子的地方电势是极小值,间隙的地方是极大值,所以这个是第一层Pt,这个是第二层Pt,这个是两层Pt之间的一个空隙,这个极大值是Pt和水之间的空隙,这个极小值是水分子所在的位置。
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计算静电势专题》探索更多深度教程
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