【重点】VASP零基础系统化教程:VASP晶体结构优化计算!

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,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

登录超算后进入计算文件夹

cd 202511/mgo/opt   进入计算文件夹
cat  INCAR   查看INCAR文件内容
INCAR文件中各种参数意义如下:
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,FFT的网格大小
ISPIN=1    #关闭自旋极化
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,适用于结构优化
NSW=100   #离子弛豫的步数
ISIF=3   #控制晶格变化,晶格常数优化
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
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cat KPOINTS   查看KPOINTS文件内容
KPOINTS各行参数意义如下:
Auto #注释
0  #自动产生K点网格
Gamma   #布里渊区K点网格以Gamma点为中心
4 4 4  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量
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cat POSCAR    查看POSCAR文件内容
POSCAR各行参数意义如下:
第1行  #注释
第2行  #晶胞基矢放大倍数
第3-5行  #晶胞基矢
第6行  #元素名称
第7行  #原子个数
第8行  #坐标类型
第9行  #原子坐标
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提交任务并查看输出结果

sbatch JOB   提交计算任务
cat output   查看任务输出,直到计算结束
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用winscp下载CONTCAR文件,并用VESTA作图
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总结

通过本文的学习,大家已经能够初步掌握VASP结构优化的完整流程,包括理解INCAR、POSCAR、KPOINTS等核心输入文件的意义,并独立完成计算任务的配置与提交。这为后续开展更复杂的材料模拟研究奠定了坚实的基础。

 

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上一篇 2025年11月24日 下午6:09
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