如何用VASP计算晶格常数

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VASP参数设置详解(精)

VASP参数设置详解计算材料2010-11-30 20:11:32 阅读197 评论0 字号：大中小订阅转自小木虫，略有增减软件主要功能：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l 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l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：对所计算的体系进行注释：SYSTEM●定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWA V●定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFF●定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW–分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFG●定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT●其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

采用VASP如何计算晶体的弹性常数

SYSTEM = AlN ENCUT = 400 ISTART = 0 ICHARG = 2
5
3

ISMEAR = 0; SIGMA = 0.2 NSW = 60; IBRION = 2 EDIFF = 1E-5 EDIFFG = -1E-2 ISIF = 2 POTIM = 0.2 PREC = Accurate LWAVE = .FALSE.
4
3

strten(1,2)=0.5*strain(6) strten(1,3)=0.5*strain(5) strten(2,1)=0.5*strain(6) strten(2,2)=strain(2)+1.0 strten(2,3)=0.5*strain(4) strten(3,1)=0.5*strain(5) strten(3,2)=0.5*strain(4) strten(3,3)=strain(3)+1.0 C%%%%%%%%% Transform the primitive vector to the new vector under strain%%%%% C strvect(i,j)=privect(i,j)*(I+strten(i,j)) do k=1,3 do i=1,3 strvect(i,k)=0.0 do j=1,3 strvect(i,k)=strvect(i,k)+privect(i,j)*strten(j,k) enddo enddo enddo C%%%%%%%% Write the new vector under strain%%%%%%%%%%%% do i=1,3 write(*,100)(strvect(i,j),j=1,3) enddo 100 format(3f20.15) C%%%%%%%%% Create the POSCAR for total energy calculation %%%%%%%%%%%%%%5 write(3,’(A10)’) title write(3,’(f15.10)’) alat do i=1,3 write(3,100)(strvect(i,j),j=1,3) enddo write(3,’(10I4)’) (natomi(i), i=1,ntype) write(3,’(A6)’) Direct do i=1, nn write(3,100) (pos(i,j),j=1,3) enddo C%%%%%%% end

VASP计算实例

VASP计算实例目录一、氢气分子H2键长的计算 (3)1.基本文件 (3)2.赝势类型的选择 (3)3.截断能ENCUT参数的选择 (4)4.KPOINTS参数选择 (5)5.对晶格常数进行优化 (6)二、Si晶体晶格常数计算 (8)1.赝势类型选择 (8)2.截断能（ENCUT）参数的选定 (9)3.KPOINTS参数的选定 (11)4.SIGMA参数的选定 (12)5.晶格常数计算结果 (13)三、Si元素单原子能量计算 (14)1.由内聚能倒推单原子能量 (14)2.基本文件 (15)3.单原子能量计算 (15)四、Si的VASP力学常数计算 (16)1.计算所需文件 (16)2.计算与数据处理 (17)3.计算所用到的公式： (18)五、SI晶体的电子结构 (19)1.采用VASP计算能带的步骤 (19)2.电荷分布计算结果 (20)能带计算和结果 (21)3.态密度计算和结果 (21)六、Si晶体介电函数和光学性质的计算 (22)1.计算步骤 (22)2.用到的文件 (23)3.计算结果 (26)七、VASP的声子谱计算 (29)1.计算步骤 (29)2.基本文件 (30)3.声子谱、声子态密度计算和结果 (33)4.热学性质计算和结果 (34)八、化合物co2键长计算 (35)1.计算步骤 (35)2.基本文件 (35)一、氢气分子H2键长的计算1.基本文件准备基本文件INCAR、POTCAR、POSCAR、KPOINT以及脚本文件encut、k、optimize2.赝势类型的选择输入文件如下其中参数要靠经验初选INCAR:System = F2ISTART = 0ICHARG = 2NELMDL = 5ISMEAR = 0SIGMA = 0.1PREC = AccurateKPOINTS：Automatic meshM1 1 10 0 0POSCAR：O115.0 0.00 0.000.00 14.0 0.000.00 0.00 13.01D0.00 0.00 0.00分别选用五个贋势文件进行计算。

侯柱峰-vasp计算晶体弹性常数

侯柱峰-vasp计算晶体弹性常数引言晶体弹性常数是描述晶体材料力学性质的重要参数之一，对于理解材料的力学行为和设计新材料具有重要意义。

在材料科学领域中，计算晶体弹性常数的方法多种多样，其中基于第一性原理的计算方法得到了广泛的应用和认可。

本文将介绍侯柱峰等人在VASP软件包中计算晶体弹性常数的方法和步骤。

VASP简介VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）是一款基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件包，由维也纳大学的J. Hafner教授及其团队开发。

VASP以固体物理和材料科学为核心，广泛应用于研究材料的电子结构、力学性质、热力学性质等方面。

VASP计算晶体弹性常数的方法1. 结构优化在计算晶体弹性常数之前，首先需要通过VASP进行结构优化。

结构优化的目的是找到晶体的平衡结构，使得能量最低。

在结构优化过程中，需要设定材料的晶格参数、原子种类和初始位置等参数，并设置计算的精度和收敛标准。

2. 弹性常数计算前的准备在进行弹性常数计算之前，需要对结构进行静力学计算，即计算晶体的内部应力状态。

为此，需要在INCAR文件中设置一些相关的参数，例如选用的泛函类型、截断能等。

3. 弹性常数计算在进行弹性常数计算之前，需要在INCAR文件中添加以下参数：ISTART = 1ICHARG = 2ENCUT = 520ISYM = 0ISMEAR = 0然后运行VASP进行弹性常数的计算。

计算完成后，可以得到弹性常数矩阵，其中包括36个元素，分别对应不同的弹性常数。

4. 弹性常数的后处理在得到弹性常数矩阵之后，需要进行一些后处理来得到弹性常数的具体数值。

这一步可以使用第三方软件进行，例如使用MATLAB来计算并提取需要的弹性常数。

结论侯柱峰等人在VASP软件包中提供了一种计算晶体弹性常数的方法，可以方便而准确地得到晶体的力学性质。

这种方法基于第一性原理，充分考虑了材料的电子结构和原子之间的相互作用，具有很高的可靠性和适用性。

VASP计算有限温度下的晶格常数

VASP计算有限温度下的晶格常数一般VASP算得的晶格常数是在0k下的，现在如果要算300k下的晶格常数，用VASP可否实现。

一种近似是认为二者一样。

反正是在常温常压下，距离熔点很远。

一般来说，VASP计算不能加上温度，除非是做分子动力学的计算，来模拟固定在一定温度下稳定性。

要计算高温下固体的能量和晶格常数、体积,可以计算出不同晶格常数（也就是体积）固体的声子振动频率，再得到自由能，利用F(V)的关系得到在某一个温度下的平衡体积。

（这种办法是一种准谐近似），PRB 上面有很多类似的文章。

有人会问：(1)既然涉及到温度都只能是MD了,为何还能计算高温下的声子振动频率?答：这是因为MD计算也能求解出声子的振动频率，这个在Rev.Mod.Phys.2001的一篇文章就有提到。

(2)得到声子的振动频率在VASP中是设定IBRION=5,但是只能计算Gama 点的振动频率,你的意思是计算Gama点的频率?答：VASP可以任何k点的声子振动频率，不局限于Gamma点。

手册上有提到的，要计算其他非Gamm点的频率需利用一个PHONON的程序。

(3)用VASP计算后的OSZICAR中就直接输出自由能呀!为何还通过计算声子频率再得到自由能呢?怎样得到的呢?答：VASP输出的自由能只是电子部分的，非原子的自由能。

看看VASP 在comput.mat.sci.上面的一篇文章就知道了vasp的理论基础。

G. Kresse and J. Furthmüller, "Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set", Comput. Mat. Sci. 6, 15-50 (1996).如果希望采用准谐近似来计算热学性质，可以参看这样的一篇文章（尽管是对金属单质体系的）PHYSICAL REVIEW B, VOLUME 65, 064302，2002 Ab initiocalculation of the thermal properties of Cu: Performance of the LDA and GGA。

VASP计算能带

首先我们要了解晶体硅的结构，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对的位置为(a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常数。

在计算中，我们采用FCC的原胞，每个原胞里有两个硅原子。

VASP计算需要以下的四个文件：INCAR（控制参数）, KPOINTS（倒空间撒点）, POSCAR （原子坐标）, POTCAR（赝势文件）为了计算能带结构，我们首先要进行一次自洽计算，得到体系正确的基态电子密度。

然后固定此电荷分布，对于选定的特殊的K点进一步进行非自洽的能带计算。

有了需要的K点的能量本征值，也就得到了我们所需要的能带。

步骤一.—自洽计算产生正确的基态电子密度：以下是用到的各个文件样本:INCAR 文件：SYSTEM = SiStartparameter for this run:NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timerPREC = medium medium, high lowISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecutICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-constISPIN = 1 spin polarized calculation?Electronic Relaxation 1NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM stepsEDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELMLREAL = .FALSE. real-space projectionIonic relaxationEDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOMNSW = 0 number of steps for IOMIBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CGISIF = 2 stress and relaxationPOTIM = 0.10 time-step for ionic-motionTEIN = 0.0 initial temperatureTEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during runDOS related values:ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus Electronic relaxation 2 (details)Write flagsLWAVE = T write WAVECARLCHARG = T write CHGCARVASP给INCAR文件中的很多参数都设置了默认值，所以如果你对参数不熟悉，可以直接用默认的参数值。

vasp计算参数设置

vasp计算参数设置软件主要功能：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l 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l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：l 对所计算的体系进行注释：SYSTEMl 定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWA Vl 定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFFl 定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW–分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFGl 定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBITl 其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

材料计算vasp 程序

用VASP计算Ｈ原子的能量氢原子的能量为。

在这一节中，我们用VASP计算H原子的能量。

对于原子计算，我们可以采用如下的INCAR文件PREC=ACCURATE:NELMDL = 5 make five delays catill charge mixingISMEAR = 0; SIGMA=0.05 use smearing method采用如下的KPOINTS文件。

由于增加K点的数目只能改进描述原子间的相互作用，而在单原子计算中并不需要。

所以我们只需要一个K点。

Monkhorst Pack 0 Monkhorst Pack1 1 10 0 0采用如下的POSCAR文件atom 115.00000 .00000 .00000.00000 15.00000 .00000.00000 .00000 15.000001cart0 0 0采用标准的H的POTCAR得到结果如下：k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000band No. band energies occupation1 -6.3145 1.000002 -0.0527 0.000003 0.4829 0.000004 0.4829 0.00000我们可以看到，电子的能级不为。

Free energy of the ion-electron system (eV)---------------------------------------------------alpha Z PSCENC = 0.00060791Ewald energy TEWEN = -1.36188267-1/2 Hartree DENC = -6.27429270-V(xc)+E(xc) XCENC = 1.90099128PAW double counting = 0.00000000 0.00000000entropy T*S EENTRO = -0.02820948eigenvalues EBANDS = -6.31447362atomic energy EATOM = 12.04670449---------------------------------------------------free energy TOTEN = -0.03055478 eVenergy without entropy = -0.00234530 energy(sigma->0) = -0.01645004我们可以看到也不等于。

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我们用Pd金属作为例子。

Pd金属的实验上的晶格常数为3.89A。

在这里，我们用V ASP计算它的晶格常数。

首先将Pd所对应的POTCAR文件拷贝到目录下。

然后准备好INCAR和KPOINTS文件。

POSCAR文件我们将通过一个tcsh的script来产生。

KPOINTS文件可以如下：
Monkhorst Pack
Monkhorst Pack
11 11 11
0 0 0
INCAR文件可以如下：
SYSTEM = Pd bulk calculation
Startparameter for this run:
PREC = Accurate
ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-const
ISPIN = 1 spin polarized calculation?
Electronic Relaxation 1
EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM
LREAL = .FALSE. real-space projection
Ionic relaxation
EDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOM
NSW = 0 number of steps for IOM
IBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG
ISIF = 2 stress and relaxation
POTIM = 0.10 time-step for ionic-motion
TEIN = 0.0 initial temperature
TEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during run
DOS related values:
ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.05 gaussian smear
Electronic relaxation 2 (details)
Write flags
LWA VE = F write WA VECAR
LCHARG = F write CHGCAR
产生POSCAR和计算晶格常数的工作可以用以下的PBS script来完成。

#!/bin/tcsh
#PBS -S /bin/sh
#PBS -l nodes=4:athlon:ppn=2
#PBS -l cput=384:00:00
#PBS -m ae
#PBS -o output
#PBS -e error.log
# set parameter
set EXEC = 'vasp'
set SRC = '/usr/common/executable'
# change working directory
cd $PBS_O_WORKDIR
# copy fresh executable from depository
cp -f $SRC/$EXEC .
# execute mpi program
foreach a (3.3 3.4 3.5 3.6 3.7)
echo "a= $a"
cat >POSCAR < cubic diamond
$a
0.5 0.5 0.0
0.0 0.5 0.5
0.5 0.0 0.5
2
direct
0.0 0.0 0.0
0.25 0.25 0.25
!
mpiexec -nostdin ./$EXEC
set E=`tail -2 OSZICAR`
echo $a $E >>SUMMARY
end
# remove executable
rm -f $EXEC
如果不用不需要用PBS script，则更加简单，如下即可。

将其命名为lattice。

#!/bin/tcsh
foreach a (3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2)
echo "a= $a"
cat >POSCAR < fcc lattice
$a
0.5 0.5 0.0
0.0 0.5 0.5
0.5 0.0 0.5
1
cartesian
0.0 0.0 0.0
!
./vasp
set E=`tail -1 OSZICAR`
echo $a $E >>SUMMARY
end
用chmod +x lattice，将其改为可执行文件。

然后在命令行里键入./lattice 即可。

以下是用USPP-LDA运行完后的SUMMARY文件。

每个计算用时13秒。

（在USPP 中Pd的截断能量是198.955）
3.5 1 F= -.52384500E+01 E0= -.52371846E+01 d E =-.253072E-02
3.6 1 F= -.58695670E+01 E0= -.58683951E+01 d E =-.234381E-02
3.7 1 F= -.62322232E+01 E0= -.62311104E+01 d E =-.222547E-02
3.8 1 F= -.63932936E+01 E0= -.63921078E+01 d E =-.237151E-02
3.9 1 F= -.64072233E+01 E0= -.64058584E+01 d E =-.272979E-02
4.0 1 F= -.63162916E+01 E0= -.63147061E+01 d E =-.317085E-02
4.1 1 F= -.61523489E+01 E0= -.61504748E+01 d E =-.374817E-02
4.2 1 F= -.59418370E+01 E0= -.59396594E+01 d E =-.435530E-02
用抛物线拟和得到的晶格常数为$3.888\AA$,固体中每个原子的能量是$E_{bulk}=-6.4257$。

以下是采用PAW-LDA势运行完以后的SUMMARY文件。

每个计算用时20秒。

所以相对来说PAW势所需要的时间多一些，这是因为PAW势的energy cutoff相对比较高（在PAW 中Pd的截断能量是250.832）。

3.5 1 F= -.52393107E+01 E0= -.52377274E+01 d E =-.316665E-02
3.6 1 F= -.58814938E+01 E0= -.58798653E+01 d E =-.325695E-02
3.7 1 F= -.62451262E+01 E0= -.62437004E+01 d E =-.285149E-02
3.8 1 F= -.64049388E+01 E0= -.64036223E+01 d E =-.263317E-02
3.9 1 F= -.64158100E+01 E0= -.64143798E+01 d E =-.286044E-02
4.0 1 F= -.63210060E+01 E0= -.63194198E+01 d E =-.317251E-02
4.1 1 F= -.61536329E+01 E0= -.61518107E+01 d E =-.364433E-02
4.2 1 F= -.59385695E+01 E0= -.59364165E+01 d E =-.430601E-02
用抛物线拟和得到的晶格常数为$3.875\AA$,固体中每个原子的能量E_bulk=-6.4185eV
可见，PAW-LDA和USPP-LDA给出的晶格常数都和实验吻合的非常好，两者之间的差别也很小。

在以下所有的计算中，如果没有特殊声明，我们都默认采用PAW-LDA的势。

结合能(cohesive energy)的定义如下：
-E_coh = [E_bulk-N*E_atom]/N
所以我们要将固体中每个原子的能量减去单个Pd原子的能量，才能和实验的结合能相比较。

对于过渡金属原子，计算单个原子的能量要特别注意。

V ASP的网页上给出了求结合能所需的单个原子能量的修正值（详见V ASP手册Pseudopotentials supplied with the V ASP package 一章）。

可以在上面查到，Pd每个原子LDA的修正值为1.46eV。

所以我们得到LDA近似下Pd的结合能为4.998eV。

此值和实验值比严重偏大，这是因为LDA
通常成键过强的关系。

如果我们改用GGA的赝势，可以得到和实验比较吻合的结果。