电荷密度是计算材料学中最基本的物理量之一，它描述了空间各点电子出现的概率分布。在VASP计算中，电荷密度包含体系最核心的电子结构信息，通过电荷密度分析可以获得以下关键信息：
电荷密度
表示单位体积内的电子数：
其中
为体系中的电子总数。
应用领域 分析内容 典型应用 材料稳定性 电荷分布均匀性 预测材料是否稳定 化学键分析 电荷转移与共享 离子键、共价键、金属键识别 催化活性位点 局域电荷密度变化 活性位点识别与吸附能预测 电池材料 Li/Na离子迁移势垒 离子电导率分析 表面吸附 表面–吸附物电荷重排 吸附类型判断（化学吸附/物理吸附） 缺陷分析 缺陷周围电荷畸变 缺陷类型、电荷态判断
# ============ 电荷密度相关参数 ============
SYSTEM = System Charge Density
PREC = Accurate # 高精度计算
ENCUT = 500 # 平面波截断能
# ============ 电子步参数 ============
EDIFF = 1E-6 # 电子自洽精度
ISMEAR = 0 # Gaussian展宽（金属）
SIGMA = 0.1
NSW = 0 # 静态计算
# ============ 输出控制 ============
LWAVE = .TRUE. # 保存WAVECAR
LCHARG = .TRUE. # 保存CHGCAR
LAECHG = .TRUE. # 保存全电荷密度（含赝势贡献）
# ============ K点设置 ============
KPPRA = 20000 # 保证足够精度
文件类型 |
包含内容 |
用途 |
|
CHGCAR |
价电子电荷密度 |
大多数分析使用 |
|
AECCAR0 |
芯电子电荷密度 |
结合价电子得到总电荷 |
|
AECCAR2 |
价电子电荷密度 |
与CHGCAR类似 |
|
Total Charge |
AECCAR0+AECCAR2 |
全电荷密度 |
重要提示：
普通CHGCAR只包含价电子
要得到全电荷密度（包含芯电子），需要AECCAR0+AECCAR2
LAECHG=.TRUE.时，CHGCAR包含赝势修正的价电子
# ============ 第一阶段：结构优化 ============
IBRION = 2
NSW = 100
EDIFFG = -0.02
LCHARG = .TRUE.
LWAVE = .TRUE.
# ============ 第二阶段：电荷密度计算 ============
ICHARG = 1 # 从上一轮CHGCAR读取
ISMEAR = -5 # 四面体方法（精确积分）
NEDOS = 5000 # 增加能量点数（如需PDOS）
LAECHG = .TRUE. # 输出全电荷密度
CHGCAR
1.0
a1_x a1_y a1_z # 晶格矢量
a2_x a2_y a2_z
a3_x a3_y a3_z
元素符号 # 原子种类
N1 N2 N3 # 各元素原子数
Direct # 坐标类型
x1 y1 z1 # 原子坐标
…
(空行)
NX NY NZ # 网格点数
(数值数据) # 3D电荷密度数组
# CHGCAR文件末尾示例
64 64 64 # 网格维度（XYZ）
1.23456789e-04 # 电荷密度值（第1点）
1.34567890e-04 # 电荷密度值（第2点）
… # 共 64×64×64 个值
软件 |
单位 |
转换关系 |
|
VASP |
electrons/ų |
标准单位 |
|
VASP（默认） |
electrons/(cell) |
有时显示为每原胞电子数 |
|
转换 |
1 Å = 10⁻¹⁰ m |
|
优点：
开源免费
支持3D等值面绘制
支持切片平面图
支持电荷密度叠加
典型操作流程：
# 1. 打开CHGCAR文件
VESTA CHGCAR
# 2. 设置等值面值
Properties → Electron Density
– 设置等值面值（如0.02 e/ų）
# 3. 生成切片
Edit → Edit Data → Register → 选择切面
# 4. 导出图像
File → Export Raster Image
# 安装与运行
git clone https://github.com/leifreimann/ChargeDensiTool
cd ChargeDensiTool
python3 analyze.py CHGCAR
# 输出内容
– 电荷密度分布图
– 电荷转移量
– 各原子电荷
– 径向分布函数
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