vasp简介

一、 vasp简介

VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）是维也纳大学开发的一款基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件包，广泛应用于材料科学、凝聚态物理和量子化学领域。

二、计算流程

第一步通过自洽计算进行结构优化，主要优化原子的位置和晶胞形状以达到能量最小化；第二步为静态计算，可以看作计算电子结构的前步骤，主要获的后续计算（非自洽计算）的波函数和电荷密度等信息；第三步主要就是正式的计算想要获取的电子结构相关信息了，根据具体需求处理。注：以本人计算最多的情况为参考

三、输入文件简介

vasp计算必须至少要满足以下四个基本输入文件的要求：

1. POSCAR：结构文件（晶胞和原子坐标）：

第1行为标题行，即内容由读者本人自己安排，也可以起助记作用；

第2行为缩放系数，一般默认都为1.0，暂时还没见到需要从这里更改系数的情况；

第3-5行为晶格参数信息；

第6行为结构包含的元素种类，本结构为Ce和O构成；

第7行为包含的原子个数，如Ce为2，O为3，顺序与6行元素顺序一一对应；

第8行为坐标系类型，Direct为分数坐标（可用D代替，默认识别第一个字母），其余的还有C代表笛卡尔坐标系，即直角坐标；

第9-13行为6、7行对应原子的坐标，前两行为Ce原子坐标，后三行为O原子坐标；

第15-19行为对应原子的能量，初始计算时候相对不重要因此一般为0。

2. POTCAR：赝势文件（需与元素对应）

势函数文件，如名字一样通过一定的等效处理将真实原子势简化，保留化学键相关的价电子（如Si的3s²3p²），将内层电子（1s²2s²2p⁶）与原子核共同视为离子实，目的是为了降低计算成本，常用的为PAW赝势



同样以Ce2O3为例，计算时候势函数文件应该包括Ce和O的赝势，第行为赝势名曾等，第4行为离子实处理，第12行ZVAL后12代表Ce的赝势为将最外层12个电子视为价电子，其余的则等效为原子核处理。其余信息大都不太重要，不在做解释。

3.INCAR：参数控制文件（如泛函选择、收敛标准）。

这是比较重要的需要用户根据计算目的灵活调控的文件，每一步都需要进行适当调整。



还是举之前的例子，INCAR里面有许多参数，需要根据需求设置，不设置则默认，设置时候需要保证=前的规定关键字无误，=后的选项按照需求选择，可以参考官网手册：https://www.vasp.at/wiki/index.php/Category:INCAR_tag

这里我对常用的进行一些说明：

1.ISTART=0一般开始计算时候为0，此参数规定波函数读取方式，0时则因为开始没有参考的波函数文件，因此需要从头计算，而优化完优化静态计算时候可改为1节省计算时间；

2.LWAVE和LCHARG代表是否保存波函数和电荷密度文件，根据你计算的平台选择，如果需要手动需算，则建议打开，一般当体系较大时，波函数文件较大，占用较多空间所以建议视情况关闭，不保存。tips：打开为TRUE，简写为.T.如例子，关闭同理。

3.ENCUT为截断能，截断能越大一般来说计算结果越精确，具体的选择取决于具体体系的元素。

• 本例当中参考Ce和O的，通过"grep ENMAX POTCAR"命令获得Ce和O的ENMAX分别为273和400ev左右，截断能一般选取体系中元素ENMAX最大的值的1.5倍左右，因此本人选择为650ev
  
  

4.ISMEAR和SIGMA一般一起使用，是控制k点积分方法和展宽参数的关键参数，直接影响电子态占据数的处理方式，进而决定计算精度与稳定性。

• ISMEAR为展宽方式选择，常用-5/0/1，-5为四面体方法，适用于半导体体系，0和1为高斯展宽和费米展宽，更适用于金属体系（感觉并不绝对，具体体系都可尝试对比）。
• SIGMA则表示展宽的宽度，当前者选择-5时候，则默认不会进行展宽，只有为0和1时候起作用，一般参考0.05-0.2左右，越小则越精确，但计算量增加。

5.ALGO为优化时候电子步的算法，一般选择N或F即可。

6.ISIF：规定优化结构时候优化的选项，具体情况具体选择。

• 本例当中ISIF=2代表结构优化时候只改变原子位置，而不改变晶胞形状；ISIF=3是同时优化原子位置和晶胞形状

7.电子步优化参数：NELM和NELMIN分别代表优化时电子步优化的最大步数和最小步数，EDIFF为能量收敛到10-6，即代表当最后两电子步能量差为10-6时候才收敛。

• tips：如果对能量收敛要求较高还可以提高到-7或者-8，但会增加计算成本，进行2步优化，即先优化到10-5以后，再第二次优化设置收敛到10-7能够一定程度上加快计算速度

8.离子步优化参数：NSW代表离子步的最大步数，IBRION代表弛豫过程中寻找稳定结构的算法，EDIFFG代表离子步的收敛标准。EDIFFG为负值代表以能量为标准，单位为ev，EDIFFG为正值代表以原子力为标准，单位eV/Å，后者在结构优化当中更常用。

• 本例当中IBRION=2为共轭梯度法，应当是现在使用较多的；EDIFFG=-0.02代表最大原子受力 < 0.02 eV/Å时达到离子步的收敛标准。
  
  tips：6之前为预计算方法选择相关参数，7.8主要为控制收敛精度相关，优化时候分为离子步和电子步，一个离子步包含多个电子步。

9.其他参数：后面两部分参数主要为设置磁矩和设置U的相关参数，根据具体目的设置，这里暂不展开。

4.KPOINTS：k点网格设置。



如图，本例当中使用vaspkit自动生成k点，k点密度为0.03，第2行0为默认，第3行为K点网格采样方式，这里为M（识别首字母），第4行为每个方向的k点个数，整个网格为12x12x6大小，第5行也为默认。

• tips：k点采样密度越小则网格越精细，计算越精确，计算量越大；采样方式除了M还有G，一般前者比后者更精确，但G也够用；k点采样主要是划分到空间网格，即实空间晶胞晶格参数越大，则倒空间晶格参数越小，k点采样的密度可以适当减小。

四、输出文件简介

经过一次优化计算后会产生许多的输出文件，计算完成以后我们首先关注的应当是体系是否以及达到收敛标准。

• OSZICAR为计算过程中每一次步的计算过程文件
  
  示范当中在命令行使用"tail -10 OSZICAR"命令查看该文件最后10行可知离子步8F时候dE小于标准，已经收敛。按照本人经验，如果检查没有数据异常一般都会正常收敛，如何使用超算平台脚本提交后有日志文件，也可直接从日志文件里面查看

其他的还有OUTCAR：记录计算的所有结果数据；此外如果打开电荷密度和波函数开关则会有WAVECAR和CHGCAR文件，用于后续计算；较为重要的是CONTCAR，结构与POSCAR相同，是优化后的结果文件，在第二步静态计算时候我们就是以优化后的结构文件为基础计算，在第二步计算时需要将CONTCAR重命名为POSCAR，同时对INAR等进行相应调整。

其他输出文件一般我们不太关注，根据具体情况处理即可。

END：以上根据本人计算经验和相关资料搜集整理而成，如有阐述有误的地方望批评指正，也希望多与同行多交流学习，感谢！