VASP简介教学讲解课件

第一性原理电子结构计算软件：VASP

简介基本任务输入文件输出文件程序举例操作界面1第一性原理电子结构计算软件：VASP简介1第一性原理电子结构计算软件：VASP简介1第一性原理电简介—VASP是什么全称ViennaAb-initoSimulationPackage是目前材料模拟和计算材料科学研究中非常流行的商用软件之一。是一个采用平面波赝势(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2简介—VASP是什么2简介—VASP是什么2简介—VASP是什么2基本任务

晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算晶体的磁学性质计算优化晶体的结构参数内部自由度弛豫结构弛豫表面体系的基本性质的计算3基本任务晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算基本任务晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算POTCARKPOINTSPOSCARINCAR输入文件pseudopotentailfile（赝势文件，软件本身具有，用时选择合理的即可）Brillouinzonesampling（k点取样设置文件）structuraldata（描述体系结构的文件）steeringparameters（计算控制参数文件）4POTCAR输入文件pseudopotentailfilePOTCAR输入文件pseudopotentailfileINCAR输入文件：设置程序控制参数的值

System、ISTART、ENCUT、NELM、EDIFF、EDIFFG、GGA、NPAR、NSW、IBRION、ISIF、ISYM、LWAVE、LCHARG等例：静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)时经验推荐自己手动设置ENCUT,SYSTEM,ISTART,ICHARG,ISMEAR,EDIFF,PREC等的值。SYSTEM=SiliconENCUT=350ISTART=0ICHARG=2ISMEAR=-5EDIFF=1E-5PREC=Accurate设置标题，以说明所计算的体系设置平面波切断动能(不采用默认值)说明这次计算是一次全新的计算按体系中的原子构造初始的原子密度采用四面体方法电子迭代的收敛标准是1E-5精度为Accurate可以在一行设置多个关键词（即参数）的值，但是每个关键值之间用分号(;)隔开。如ISMEAR=0;SIGMA=0.2。当想不用INCAR中某个关键词的值时，在该行前面加上井号(#)注释掉，如#ISMEAR=0;SIGMA=0.25INCAR输入文件：设置程序控制参数的值System、IINCAR输入文件：设置程序控制参数的值System、IPOSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCAR文件第七行以字母D开头表示下面的是分数坐标，如果是以C或K开头表示下面的坐标是卡笛尔坐标。CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Direct0.000.000.000.250.250.25CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Cartesian0.000.000.000.250.250.25设置体系的名称晶格常数或缩放系数原(或晶)胞的基矢每类原子的个数确定按何种坐标来写原子位置第一类原子的第一个坐标第二类原子的第一坐标6POSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCAPOSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCA如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：a)查到该晶体的晶格常数、空间群和乌科夫(Wyckoff)坐标;b)用MaterialStudio中Crystalbuilder或其他的晶体学软件画出晶体，并得到各个原子的坐标;c)根据空间群国际表写出各等价位置;d)晶体数据库。目前常采用的是利用MaterialsStudio中的CASTEP模块得到结构的数据，具体操作如下图。7如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：7如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：7如何写出具有复杂所得到的数据所在文件夹8所得到的数据所在文件夹8所得到的数据所在文件夹8所得到的数据所在文件夹8按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-pointsenteredmanually5Reciprocal0.5000.0000.5001.000.4750.0000.4751.000.4500.0000.4501.000.4250.0000.4251.000.4000.0000.4001.00标题或注释行，无特别意义K点的数目以字母R开头表示k点是按倒格子坐标系前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应k点的权重(下面共5个k点)如果是以卡笛尔坐标系来写k点坐标，则第三行以字母C开头。KPOINTS输入文件:控制K点的选取方式9按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-poin按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-poinPOTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容USSi4.00000000000000000parametersfromPSCTRare:VRHFIN=Si:s2p2LEXCH=CAEATOM=115.7612eV,8.5082RyGGA=-1.4125-1.4408.0293-.9884eVTITEL=USSiLULTRA=TuseultrasoftPP?IUNSCR=1unscreen:0-lin1-nonlin2-noRPACOR=1.580partialcoreradiusPOMASS=28.085;ZVAL=4.000massandvalenzRCORE=2.480outmostcutoffradiusRWIGS=2.480;RWIGS=1.312wigner-seitzradius(auA)ENMAX=150.544;ENMIN=112.908eVEAUG=241.945…………

10POTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容POTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容输出文件OUTCAR:最主要的输出文件DOSCAR:电子态密度文件EIGENVAL:本征值文件OSZICAR:每次迭代或原子迟豫(或MD)的信息CHG和CHGCAR:电荷密度文件WAVECAR:波函数文件CONTCAR:原子迟豫或MD后的体系结构文件IBZKPT:布里渊区中的k点PCDAT:对关联函数XDATCAR:在MD时,原子位置变化的跟踪文件PROCAR和PROOUT:波函数投影或分解的文件LOCPOT:总的局域势ELFCAR:电子局域函数11输出文件OUTCAR:最主要的输出文件11输出文件OUTCAR:最主要的输出文件11输出文件OUTC程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:

(1).生成4个输入文件:POSCAR、POTCAR、INCAR、KPOINTS(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3).固定晶格参数,求出能态密度(DOSCAR),确定费米能量(4).修改KPOINTS和INCAR输入文件,固定电荷密度,做非自洽计算,得到输出文件EIGENVAL(5).提取数据,画图12程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:(1).生成4个输入文件:POSCAR

POTCAR

KPOINTSINCAR

System=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02

NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各种POTCARHcp-Mg3.2080.5-0.86600.50.86600.00.01.62Direct0.00.00.00.666670.333330.513(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCAR(1).生成4个输入文件:POSCARPOTCAR(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数固定晶格参数,求出能态密度(DOSCAR),确定费米能量找到平衡晶格常数后,把该值写入到POSCAR文件中,并增加K点数作一个离子步自洽计算(NSW=0,IBRION=-1).(ii)从DOSCAR输出文件中读出态密度和费米能级,费米能级也可从

OUTCAR中读出.14(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数固定晶(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数固定晶态密度图15态密度图15态密度图15态密度图15(4).做非自洽计算,求电子结构

修改INCAR文件:将参数ICHARG设为11

修改KPOINTS输入文件运行VASP程序,从输出文件EIGENVAL中提出电子结构作图16(4).做非自洽计算,求电子结构修改INCAR(4).做非自洽计算,求电子结构修改INCAR能带图17能带图17能带图17能带图17电荷密度图Be(0001)18电荷密度图Be(0001)18电荷密度图Be(0001)18电荷密度图Be(0001)18操作界面

计算过程主要在linux系统下进行，VASP软件的图形界面发展还不够完善，计算及提交作业时主要利用的工具是putty和WinSCP。19操作界面计算过程主要在linux系统下进行，操作界面计算过程主要在linux系统下进行，WinSCP：主要功能是在本地与远程计算机间安全的复制文件20WinSCP：主要功能是在本地与远程计算机间安全的复制文件WinSCP：主要功能是在本地与远程计算机间安全的复制文件Putty界面——向linux系统提交作业工具21Putty界面——向linux系统提交作业工具21Putty界面——向linux系统提交作业工具21Putty第一性原理电子结构计算软件：VASP

简介基本任务输入文件输出文件程序举例操作界面22第一性原理电子结构计算软件：VASP简介1第一性原理电子结构计算软件：VASP简介22第一性原理简介—VASP是什么全称ViennaAb-initoSimulationPackage是目前材料模拟和计算材料科学研究中非常流行的商用软件之一。是一个采用平面波赝势(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23简介—VASP是什么2简介—VASP是什么23简介—VASP是什么2基本任务

晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算晶体的磁学性质计算优化晶体的结构参数内部自由度弛豫结构弛豫表面体系的基本性质的计算24基本任务晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算基本任务晶体的电子结构(如态密度、能带、电荷密度）计算POTCARKPOINTSPOSCARINCAR输入文件pseudopotentailfile（赝势文件，软件本身具有，用时选择合理的即可）Brillouinzonesampling（k点取样设置文件）structuraldata（描述体系结构的文件）steeringparameters（计算控制参数文件）25POTCAR输入文件pseudopotentailfilePOTCAR输入文件pseudopotentailfileINCAR输入文件：设置程序控制参数的值

System、ISTART、ENCUT、NELM、EDIFF、EDIFFG、GGA、NPAR、NSW、IBRION、ISIF、ISYM、LWAVE、LCHARG等例：静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)时经验推荐自己手动设置ENCUT,SYSTEM,ISTART,ICHARG,ISMEAR,EDIFF,PREC等的值。SYSTEM=SiliconENCUT=350ISTART=0ICHARG=2ISMEAR=-5EDIFF=1E-5PREC=Accurate设置标题，以说明所计算的体系设置平面波切断动能(不采用默认值)说明这次计算是一次全新的计算按体系中的原子构造初始的原子密度采用四面体方法电子迭代的收敛标准是1E-5精度为Accurate可以在一行设置多个关键词（即参数）的值，但是每个关键值之间用分号(;)隔开。如ISMEAR=0;SIGMA=0.2。当想不用INCAR中某个关键词的值时，在该行前面加上井号(#)注释掉，如#ISMEAR=0;SIGMA=0.226INCAR输入文件：设置程序控制参数的值System、IINCAR输入文件：设置程序控制参数的值System、IPOSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCAR文件第七行以字母D开头表示下面的是分数坐标，如果是以C或K开头表示下面的坐标是卡笛尔坐标。CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Direct0.000.000.000.250.250.25CubicSiC3.570.00.50.50.50.00.50.50.50.011Cartesian0.000.000.000.250.250.25设置体系的名称晶格常数或缩放系数原(或晶)胞的基矢每类原子的个数确定按何种坐标来写原子位置第一类原子的第一个坐标第二类原子的第一坐标27POSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCAPOSCAR输入文件：描述体系结构例:SiC体系的POSCA如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：a)查到该晶体的晶格常数、空间群和乌科夫(Wyckoff)坐标;b)用MaterialStudio中Crystalbuilder或其他的晶体学软件画出晶体，并得到各个原子的坐标;c)根据空间群国际表写出各等价位置;d)晶体数据库。目前常采用的是利用MaterialsStudio中的CASTEP模块得到结构的数据，具体操作如下图。28如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：7如何写出具有复杂结构的晶体的POSCAR：28如何写出具有复所得到的数据所在文件夹29所得到的数据所在文件夹8所得到的数据所在文件夹29所得到的数据所在文件夹8按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-pointsenteredmanually5Reciprocal0.5000.0000.5001.000.4750.0000.4751.000.4500.0000.4501.000.4250.0000.4251.000.4000.0000.4001.00标题或注释行，无特别意义K点的数目以字母R开头表示k点是按倒格子坐标系前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应k点的权重(下面共5个k点)如果是以卡笛尔坐标系来写k点坐标，则第三行以字母C开头。KPOINTS输入文件:控制K点的选取方式30按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-poin按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)k-poinPOTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容USSi4.00000000000000000parametersfromPSCTRare:VRHFIN=Si:s2p2LEXCH=CAEATOM=115.7612eV,8.5082RyGGA=-1.4125-1.4408.0293-.9884eVTITEL=USSiLULTRA=TuseultrasoftPP?IUNSCR=1unscreen:0-lin1-nonlin2-noRPACOR=1.580partialcoreradiusPOMASS=28.085;ZVAL=4.000massandvalenzRCORE=2.480outmostcutoffradiusRWIGS=2.480;RWIGS=1.312wigner-seitzradius(auA)ENMAX=150.544;ENMIN=112.908eVEAUG=241.945…………

31POTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容POTCAR输入文件:赝势文件Si的一种势函数的部分内容输出文件OUTCAR:最主要的输出文件DOSCAR:电子态密度文件EIGENVAL:本征值文件OSZICAR:每次迭代或原子迟豫(或MD)的信息CHG和CHGCAR:电荷密度文件WAVECAR:波函数文件CONTCAR:原子迟豫或MD后的体系结构文件IBZKPT:布里渊区中的k点PCDAT:对关联函数XDATCAR:在MD时,原子位置变化的跟踪文件PROCAR和PROOUT:波函数投影或分解的文件LOCPOT:总的局域势ELFCAR:电子局域函数32输出文件OUTCAR:最主要的输出文件11输出文件OUTCAR:最主要的输出文件32输出文件OUTC程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:

(1).生成4个输入文件:POSCAR、POTCAR、INCAR、KPOINTS(2).优化晶格参数,求出能量最低所对应的晶格参数(3).固定晶格参数,求出能态密度(DOSCAR),确定费米能量(4).修改KPOINTS和INCAR输入文件,固定电荷密度,做非自洽计算,得到输出文件EIGENVAL(5).提取数据,画图33程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:程序举例用VASP求Mg的电子态密度和能带，分如下几步:(1).生成4个输入文件:POSCAR

POTCAR

KPOINTSINCAR

System=hcpMgISTART=0ENCUT=150.0NELM=200EDIFF=1E-04EDIFFG=-0.02

NPAR=4NSW=1IBRION=2ISIF=2ISYM=1K-Points0MonkhorstPack212121000VASP提供各种POTCARHcp-Mg3.2080.5-0.866