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1、VASP软件包介绍,Outlines,1. VASP 介绍 2. 关键词详解 3. 输入和输出文件 4. 基础性质计算,1.VASP介绍,1.1 VASP是什么？ 1.2 VASP的组成部分 1.3 VASP的计算功能,1.1 VASP是什么？,采用平面波赝势(或缀加投影波)方法进行从头的分子动力学模拟的软件包。 基于(有限温度下的，对电子气而言)局域密度近似，自由能作为电子气密度的泛函 在每个MD时间步长内精确求解电子气的瞬时基态,1.2 VASP 的组成部分,Fortran语言编写的主要代码vasp.4.x.tar.gz和数学库文件vasp.4.lib.tar.gz 元素周期表中绝大部分元
2、素的超软赝势(LDA和GGA)和缀加投影波势(LDA, GGA和PBE) 一些用来处理计算数据的script和tools 另外还有VASP组自己开发的p4vasp(图形界面的软件专门用来处理计算数据vasprun.xml，可以免费下载)和vaspview(图形界面的软件，可视化ELF函数和电荷密度),1.3 VASP的计算功能,采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体 计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数) 计算材料的电子结构(能级、电荷密
3、度分布、能带、电子态密度和ELF) 计算材料的光学性质 计算材料的磁学性质 计算材料的晶格动力学性质(声子谱等) 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟) 从头分子动力学模拟 计算材料的激发态(GW准粒子修正)等等,2. 关键词详解,VASP通过对INCAR中关键词赋值确定计算内容 2.1 初始参数 2.2 电子的优化 2.3 原子弛豫 2.4 态密度积分和参数 2.5 其他 2.6关键词的总结,2.1 初始参数,SYSTEM: 注释所计算的体系，以示说明。 NWRITE: 默认值为2，可赋予值为0| 1 | 2 |3 |4。决定OUTCAR中输出内容的详细程度 ISTART: 如果计算目录
4、中有WAVECAR文件，则默认值为1，否则为0。可赋予值为0| 1 | 2 | 3 。决定是否读入WAVECAR： 0: 开始新的计算，按INIWAV初始化波函数 1: 接着计算，通常用在测试ENCUT的收敛性以及计算结合能曲线(也就是体积和总能的关系) 2: 接着计算，通常用在希望保持基矢不变的计算中 3: 接着计算，读入上一次计算得到的电荷密度和波函数，不推荐用 ICHARG: 如果ISTART=0，则默认值为2，否则为0。可赋予值为0 | 1 | 2。决定了如何构造初始的电荷密度 0: 从初始的波函数构造 1：读入CHGCAR读入，并同原子密度进行线性插值 2: 构造原子密度 11： 读
5、入自洽的CHGCAR，并进行能带计算或态密度的非自洽计算 12: 非自洽的原子密度计算,2.1 初始参数,INIWAV: 默认值为1，可赋予值为0 | 1。只在开始新的计算(也就是ISTART=0)中有效。决定了如何初始化波函数 0: 采用”jellium 波函数” 1: 对波函数赋予随机数 ISTART 和ICHARG 这两个关键词分别定义了如何构建初始的波函数和电荷密度、读入上一次的波函数和电荷密度。VASP 的manual 上讲了多种情况，这里推荐的做法是：在进行能带结构、电子态密度等性质的计算时，设置ISTART = 1,ICHARG = 11；其他的情况，一般都设置ISTART =
6、0, ICHARG = 2。如果由于断电或其他情况，程序停止运行了，但是又想接着计算，此时在INCAR 设置 ISTART = 1，ICHARG = 1，其他的参数不变，文件也不用动。,2.2 电子的优化,1. 自洽迭代步数和收敛标准：NELM ,NELMIN ,NELMDL ,EDIFF. 2. 平面波切断动能和缀加电荷时的切断值 ：ENCUT , ENAUG 3. 电荷密度混合方法 :IMIX ,AMIX ,AMIN,BMIX,AMIX-MAG,BMIX-MAG.WC,INIMIX,MIXPRE,MAXMIX. 4. 电子部分优化的方法 ：ALGO ,IALGO,LDIAG. 电子优化需要
7、设置的参数有EDIFF 和ENCUT ,其他参数使用默认。由于NELM的默认是60，如果无法自洽收敛，需要设置电荷电荷密度混合方法。电子部分优化得参数可以选设，如IALGO.,1. 自洽迭代步数和收敛标准,NELM: 允许电子自洽迭代的最大步数。默认值为60。如果超过了40步还没有收敛的话，推荐对IALGO、LDIAG和混合参数进行手动设置到合理的值 NELMIN: 电子自洽迭代的最小步数。默认值为2。通常不需手动设置，在有些情况可以赋予更大数 NELMDL: 在一开始计算时初始化的过程中电子非自洽迭代的步数。当ISTART=0, INIWAV=1和 IALGO=8时默认值为-5。当ISTAR
8、T=0, INIWAV=1和IALGO=48(vasp4.4版本中)时默认值为-12。其他情况下为0 EDIFF: EDIFF是电子结构部分自洽迭代循环时，判断是否自洽了的条件。上次和当前两次迭代中总能和本征值的变化都小于EDIFF时，则电子结构部分迭代循环停止。如果EDIFF=0时，则进行NELM步迭代后停止迭代。默认值为1E-4，一般情况下没有必要设置更小的值。,1. 自洽迭代步数和收敛标准,分析：在量子力学中，我们知道，一个体系可以通过一组波函数来描述。在VASP中，体系是通过一组平面波来描述。首先对一个体系，任意构造出初始的波函数，可以知道刚开始构造的初始波函数描述体系并不准确，即构造
9、出电荷密度函数，也就知道了哈密顿量。通过求解薛定谔方程，可以得到第二组波函数。显然第二组波函数描述比第一组更精确。在该过程中计算总能量的变化量。从第一组波函数到第二组波函数的过程即一次自洽迭代。依次重复下去，当前后两次总能量之差小于EDIFF时，自洽迭代停止。如下一张中dE小于EDIFF时，自洽停止。 非自洽迭代：在开始计算过程中，前面-NELMDL次迭代,波函数随迭代结果改变，电荷密度函数并不改变。这样可以计算速度加快。,1. 自洽迭代步数和收敛标准,输出在屏幕上的数据 vasp.4.6.25 17Sep03 complexPOSCAR found : 1 types and 1 ionsL
10、DA part: xc-table for Ceperly-Alder, standard interpolationPOSCAR, INCAR and KPOINTS ok, starting setupWARNING: wrap around errors must be expectedFFT: planning . 1reading WAVECARentering main loopN E dE d eps ncg rms rms(c) DAV: 1 0.389589563746E+01 0.38959E+01 -0.17519E+02 10 0.991E+01 DAV: 2 0.29
11、0759302658E+00 -0.36051E+01 -0.36051E+01 20 0.130E+01 DAV: 3 -0.895110055623E-01 -0.38027E+00 -0.34433E+00 15 0.506E+00 DAV: 4 -0.106792647484E+00 -0.17282E-01 -0.15649E-01 10 0.856E-01 DAV: 5 -0.106942987695E+00 -0.15034E-03 -0.15024E-03 10 0.110E-01 0.431E-03 DAV: 6 -0.106949593652E+00 -0.66060E-0
12、5 -0.36632E-05 10 0.188E-021 F= -.10694959E+00 E0= -.53948205E-01 d E =-.106003E+00writing wavefunctions N：迭代次数 E：总能 dE：总能的变化 d eps：本征值的变化 ncg: H的优化步数 Rms：总的残差矢量 Rms(c): 电荷密度残差矢量,2. 平面波切断动能和缀加电荷时的切断值,ENCUT: 确定平面波的切断动能，默认值从POTCAR中读入 Cut-off energy for plane wave basis set in eV.All plane-waves with a
13、 kinetic energy smaller than are included in the basis set: i.e. ENAUG: 确定缀加电荷的切断值，默认值从POTCAR中读入 Kinetic energy cut-off for the augmentation charges. This line determines NGXF, NGYF and NGZF,3. 电荷密度混合方法,3. 电荷密度混合方法,一般采用它们的默认值，除非在电子迭代很难收敛的情况，才去手动设置AMIX 和BMIX等参数值 ，比如AMIX=0.2,BMIX=0.0001,4. 电子部分优化的方法,A
14、LGO: (用在4.5以后的版本中) 确定电子优化的算法: Normal: 则IALGO=38(也就是blocked Davidson方法) Very_Fast: 则IALGO=48(RMM-DIIS算法) Fast: 上面两种算法混着使用 IALGO：具体确定电子优化采用何种算法。对4.5以上的版本，默认值为38 LDIAG：确定是否进行子空间对角化。默认值为.TRUE. 在INCAR中加入 IALGO =48 可以计算速度快,2.3 原子弛豫,1.原子如何移动以及步长,步数和弛豫收敛条件 ： IBRION ,NFREE ,ISIF ,POTIM ,NSW ，EDIFFG. 2.分子动力学相
15、关参数 ： SMASS ,TEBEG ,TEEND , POMASS ,NBLOCK,KBLOCK ,PSTRESS ，NSW, POTIM.,1.原子如何移动以及步长和步数,IBRION: 决定了原子如何移动或迟豫。如果NSW=0或1，则默认值为1，否则为0。可赋予值为1| 0 | 1 | 2 | 3 | 5。IBRION=0表示进行分子动力学模拟。为-1表示原子不移动。为其他值设置结构优化的方法。 -1：原子位置不移动0: 标准的分子动力学模拟。采用Verlet算法来积分原子的牛顿运动方程。通过POTIM来控制时间步长(单位是fs)。SMASS控制系综的设置 1: 采用准牛顿算法来优化原子的位置 2: 采用共轭梯度算法来优化原子的位置 3: 采用最速下降算法来优化原子的位置 5: 用来计算Hessian矩阵和体系的振动频率 NFREE: 相当于设置的自由度。当IBRION=5，NFREE=2或4决定了原子的移动，推荐设置为2。该参数在计算频率和进行选择性原子弛豫时需要设置。,1.原子如何移动以及步长和步数,ISIF：决定了是否计算应力以及如何对结构进行优化。当IBRION=0时，默认值为0，否则为2。可赋予值为0| 1 | 2 | 3 | 4 | 5| 6| 7|,
