1 基本计算流程和概念
1.1 电子自洽循环
1.2 结构优化
1.3 赝势
当电子比较靠近原子核时,其势场是发散的,这就导致真实的波函数是震荡的,此时,KS方程的求解便十分的麻烦(收敛速度很慢甚至不收敛),因此便引入赝势概念,即价电子部分势场是真实的,但原子内层势场用假的势场进行代替(因为其对原子化学性质并不影响)。这就使得赝波函数的收敛性更强,也是为了计算收敛更快。
2 输入文件
(1) INCAR
VASP的核心输入文件,也是最为复杂的输入文件,它决定了VASP需要算什么,以什么样的精度计算等关键信息。INCAR包含大量的参数,每一个参数都有默认值。
(2) POSCAR
这个文件包含元胞的原子坐标信息,还可以有初始速度等信息。
(3) KPOINTS
这个文件包含倒易空间 点网格的坐标和权重。从VASP5.2.12开始,这个文件可以缺省,但需要在INCAR文件中设置KSPACING和KGAMMA参数。KPOINTS文件有多种格式,以适应不同的计算任务。
(4) POTCAR
超软赝势或者PAW势函数文件。VASP提供了元素周期表中几乎所有元素的势文件。在计算含有多种元素的材料时,需要根据元素在POSCAR中出现的顺序,把多个原子的POTCAAR文件拼接在一起,生成一个晶体对应的POTCAR文件。
- 例:用如下命令可以生成含有AI、C和H三种元素材料的POTCAR
cat ~/potcar/Al/POTCA ~/potcar/C/POTCAR ~/potcar/H/POTCAR > POTCAR
(5) STOPCAR
目的是使正在运行中的VSAP程序主动停止计算,输出相应的文件后退出。STOPCAR非常简单。
- 如果它包含“LSTOP=.TRUE.”,则VASP在下一次离子循环时停止;
- 如果它包含“LABORT=.TRUE”,则VASP在下一次电子自洽时停止。
- 停止之后可能会输出电荷密度、波函数等文件,但是在第二种情况下,电荷密度和波函数中可能并不是收敛的数值。
- 这个文件的作用与直接杀死程序是不同的,后者是强制停止计算,VASP不能及时输出相应的文件。
3 输出文件
(1) OSZICAR和stdout
- 包含自洽计算中能量收敛等信息。
- 通过这两个文件可以看到计算过程中能量的变化和收敛情况,以及一些出错和警告信息。
- 注意:stdout是指程序运行的屏幕输出,并不是真正磁盘上的文件。
(2) IBZKPT
- 由VASP自动生成,包含所有不等价k点的坐标和权重以及可能的四面体链接情况,它的格式与KPOINTS文件的格式是完全一样的。
(3) CONTCAR
- 文件格式与POSCAR一样,包含每一次离子运动后新的晶体结构信息。
- 如果是分子动力学计算,还包含离子速度等信息。
- 在结构优化时,如果程序停止后并未到达预期精度,则可以将该文件复制成POSCAR,并从这个新的POSCAR继续结构优化。
(4) CHGCAR
- 电荷密度文件,包含晶格矢量,原子坐标,总电荷密度以及PAW的单中心占据情况等信息。该文件既是输出文件(由LCHARG控制),也可以是输入文件。
- 在计算能带或者态密度时,需要读入电荷密度进行非自洽计算。
(5) CHG
- 与CHGCAR类似的电荷密度文件,但不包含PAW的单中心占据信息
(6) WAVECAR
- 波函数文件,二进制文件,不能直接用文本编辑器直接打开。
- 波函数文件较大,可以通过(LWAVE)来控制输出。
- 它可以作为输入文件,为后续计算提供初始波函数。
(7) TMPCAR
- 在分子动力学和结构优化时产生的临时文件,包含前两步的原子坐标和波函数信息,可用来预测下一步的波函数。
(8) EIGENVALUE
- 能量本征值文件,包含所有k点和所有能带的能量,经过简单的格式处理后可以用来做能带图。
(9) DOSCAR
- 态密度文件,包含态密度和积分态密度,单位是状态数/元胞。
- 当设置LORBIT时可以计算原子和轨道投影的分波态密度。
- 在自旋极化或者非共线磁性时,还包括不同自旋电子的态密度。
- 该文件较为复杂,详见VASP手册。
(10) PROCAR
- 静态计算时,该文件包含原子、每条能带和每个轨道上的投影波函数系数,具有十分丰富的信息。
- 该文件也可以用来画能带图和包含轨道信息的胖能带(fatband)。
(11) PCDAT
对关联函数(pair correlation function)
(12) XDATCAR
该文件包括每隔一定步数(NBLOCK)输出的原子坐标信息。
(13) LOCPOT
- 总的局域势(total local potential)文件,单位:eV,格式与CHGCAR相同,需要设置LVTOT=.TRUE.输出文件。
- 利用该文件可以用来计算功函数。
(14) ELFCAR
- 电子局域函数(electron localization function, ELF)文件,格式与CHGCAR相同,设置LELF=.TRUE.输出。
- 计算时建议设置PREC=High以提高精度。
(15) PROOUT
类似PROCAR,包含波函数在每个原子、每个轨道上的投影,还包含投影后的实部和虚部。
(16) OUTCAR
- 这个是VASP最主要的输出文件,包含计算过程中大量信息,依次主要包括:
- VASP版本;
- 计算开始时间和并行性CPU数;
- 赝势信息;
- 最近邻列表;
- 对称性信息;
- 晶格信息和k点坐标;
- INCAR中读入的参数和其他大部分的默认参数值;
- 平面波个数和FFT信息;
- 每一步离子步数和其中每一个电子自洽的时间、内存、能量等信息;
- 自洽完成后的费米能和能量本征值;
- 应力;
- 力;
- 电荷数和磁矩;
- 程序运行时间。