VASP教程 | VASP如何构建超胞模型?

VASP结构优化原理


结构优化的核心目标是通过调整原子位置或晶格参数,使体系的总能量达到最小值。在VASP中,这一过程通常通过迭代算法实现,例如共轭梯度法(Conjugate Gradient)或准牛顿法(Quasi-Newton)。优化过程中,系统会根据当前的原子力和能量变化进行调整,直到满足预设的收敛条件(如能量变化小于设定值)。

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结构优化的理论基础是密度泛函理论(DFT),其核心是通过交换-相关泛函(如GGA或LSDA)来描述电子结构。在VASP中,常用的交换-相关泛函包括Perdew-Wang 1991(PW91)和PBE等。这些泛函通过近似描述电子之间的相互作用,从而计算体系的总能量和结构。

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,以及VASP的输入文件INCAR,KPOINTS,POTCAR
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

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=2   #共轭梯度算法用于结构优化
NSW=100   #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
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
2 2 1  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量

Pt001超胞结构优化计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将结构优化pure文件夹复制成超胞sup文件夹
cp -r pure sup 
进入sup文件夹
cd sup
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第二步,构建超胞模型并优化结构
通过winscp在pure文件夹中下载CONTCAR文件
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用VESTA软件打开CONTCAR文件并扩大为3x3x1超胞

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文件名sup.vasp,类型为vasp
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用文本编辑器打开sup.vasp文件,并固定部分原子
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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001 面的超胞模型构建,在之前的计算案例中,我们都使用的是原胞pure,就是转过来表面没有扩大,那么实际的项目或者算例中是不能用原胞去做吸附的,因为原胞太小,要把它扩大。那我们这里来做一个展示如何做超胞。把 pure 文件夹中的 POSCAR 下载,做超胞计算需用到VESTA 软件,打开刚才下载的POSCAR,这是表面的一个原胞,编辑数据、原胞,然后这个变换,比如说把它扩大成 3×3×1,沿着 z 方向不扩大,那么就把这个对角线三个数做相应的调整,这里选第一个保留对称性,那可以看到它的晶格常数变成了11.9。这个模型横向就放大了三倍,保存。比如我们叫 sup.vasp。这样,超胞模型就做好了,那如果要在这个上面做吸附,可以参照之前相关的案例。
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