VASP软件介绍解读
VASP参数设置详解解读
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。
2015源资培训班课程-VASP软件理论基础
GGA
由于现代密度泛函理论的精髓就是寻找更加精确以及普适的交 换相关泛函。 其第二阶段的发展就是将电子密度作广义梯度近似（GGA）。 GGA近似在LDA的基础上又引进了一个新的变量：密度的梯度
这样，在交换相关能泛函中引入电子密度的梯度就能更 加接近实际原子分子体系的电子密度，较好的描述实际体 系中电子密度的非均匀性。GGA 交换能泛函的一般形式可 表示为：
动能项
原子核与电 子之间的相 互作用势
哈特里库仑能
交换相关能
计算的复杂转移到了如何精确交换相关泛函Exc[ρ]的表达形式
Density Functional Theory(DFT)
交换相关泛函： LDA：Local Density Approximations, LDA, 局域密度近似 将均匀电子气的交换关联能密度代替非均匀电子气的交换关联密度。 GGA：Generalized Gradient Approximations, GGA, 广义梯度近似 考虑了电子密度的非均匀性，其中GGA-PBE应用最广。还有经过修正的rPBE、PBEsol等。 meta-GGA：此类泛函比GGA多的变量是动能密度(kinetic energy density)或是局域自旋密 度的二阶导数。主要包括：TPSS、revTPSS、M06-L等。 hybrid Functional：综合了Hartree-Fock和DFT。对于固体的电子结构及性质计算更加准 确。常用的杂化密度泛函包括：B3LYP、PBE0、HSE06等。 vdW-DFT：考虑了范德华相互作用。
VASP 量子力学计算软件包
目录
VASP软件总体介绍
VASP软件理论基础
VASP软件发展史
一、VASP软件总体介绍
VASP基本介绍
VASP简介ppt课件
☺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 = 0.2
5
POSCAR输入文件：描述体系结构
例:SiC体系的POSCAR文件
TITEL = US Si
LULTRA = T use ultrasoft PP ?
IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no
RPACOR = 1.580 partial core radius
POMASS = 28.085; ZVAL = 4.000 mass and valenz
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
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
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。
9
POTCAR输入文件: 赝势文件
Si 的一种势函数的部分内容
US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are: VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV
VASP操作介绍两次课
其中，单胞部分的波函数可以用一组在倒易空间的平面
波来表示：
fi(r)
ci,G eiGr
G
这样，电子波函数可以写为平面波的加和：
i(r)
c e i(k G )r i,k G
G
根据密度泛函理论，波函数通过求解Kohn—Sham方程来确定：
[ 2 m 2 2 V io ( r ) n V H ( r ) V X ( r C )i ] ( r ) i i( r )
3. VASP程序基本知识
1. VASP程序主要功能：
1) 能量计算
J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 191
2) 电子结构(能带结构、DOS、电荷密度分布)
能带结构
DOS
电荷密度分布
J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19270
3) 构型优化(含过渡态)和反应途径
主要介绍内容
1. VESTA软件模型建立 2. VASP基本原理简介 3. VASP软件基本知识 4. 常用关键词使用说明 5. 实例解析，实际操作？
2. VASP程序基本原理
VASP是基于赝势平面波基组的密度泛函程序，其前身 是CASTEP 1989版本，其基本原理如下：
根据Bloch定理，对于周期体系，其电子波函数可以写 为单胞部分和类波部分的乘积：
不同元素在构造其赝势时，有各自的截至能，对于VASP， 在缺省情况下，选取的是中等大小的截至能，这对于求解多 数物理量是足够的。严格意义上，截至能的确定与K-mesh大 小的确定类似，也是通过考察在总能量的收敛情况来确定(即 保证总能量收敛至1meV/atom)。
-10.55
-10.60
VASP经典学习教程有用
VASP经典学习教程有用VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种用于固体材料计算的第一性原理计算软件包。
它使用密度泛函理论和平面波基组进行计算，可以预测材料的结构、能带、力学性质等基本属性。
本文将介绍VASP的经典学习教程，帮助初学者快速入门。
1.VASP的安装与基本操作-输入文件和输出文件：介绍VASP的常用输入文件和输出文件，以及它们的格式和含义。
-运行VASP计算：教授如何编写VASP运行脚本，以及如何使用命令行界面运行VASP计算。
2.VASP的输入参数和设置-INCAR文件：介绍VASP的主要输入文件INCAR的各种参数和选项，如体系的外部压力、电子迭代的收敛准则等。
-POTCAR文件：讲解VASP的赝势文件POTCAR的作用和用法，以及如何选择合适的赝势。
-KPOINTS文件：讲解KPOINTS文件对计算结果的影响，以及如何选择合适的K点网格。
3.VASP的基本计算-结构优化计算：教授如何进行结构优化计算，寻找稳定的材料晶格参数和原子位置。
-能带计算：讲解如何计算材料的能带结构，以及如何分析能带图和带隙。
-DOS计算：介绍如何计算材料的态密度，以及如何分析态密度图和能带图。
4.VASP的高级计算-弛豫计算：讲解如何进行离子和电子的同时弛豫计算，得到材料的稳定结构和力学性质。
-嵌入原子计算：介绍如何在材料中嵌入原子，并计算嵌入原子的相互作用能。
-软件接口和后处理：讲解VASP与其他软件（如VASPKIT、VESTA等）的接口，以及如何进行后处理分析。
5.VASP的实际应用-表面计算：介绍如何计算材料的表面能和表面形貌。
-催化剂计算：讲解如何通过VASP计算催化剂的吸附能和反应能垒，以预测其催化活性。
-界面计算：讲解如何计算材料的界面能和界面结构。
通过以上内容，初学者可以掌握VASP的基本原理和使用方法，并能在实际应用中进行一些基本的材料计算。
VASP全参数设置详解
VASP参数设置详解软件主要功能：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，INIWAV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。
vasp软件主要功能
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，INIWAVl 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。
VASP参数设置详解
VASP参数设置详解软件主要功能：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，INIWAV●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。
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0S.0I0G0M00A00=000.010000000 0.5000000000000000 0.4589585899816485
0#.5I0S0I0F00=02000000000 0.0000000000000000 0.9589585899816486
0I.5A0L0G00O00=04080000000 0.0000000000000000 0.5410414100183514
POTCAR输入文件: 赝势文件
Si 的一种势函数的部分内容
US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are: VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV
First-principles electronic structure calculations
• 简介 • 基本任务 • 输入文件 • 输出文件 • 程序举例 • 操作界面
简介—VASP是什么
• 全称Vienna Ab-inito Simulation Package • 是一个采用平面波赝势(或缀加投影波)方法进行
0.5000000000000000 0.0000000000000000 0.7500000000000000
(2). 优化晶格参数
• 运行VASP，从输出文件CONTCAR中查看优化之后的晶格 常数。
（3）固定晶格常数静态计算，得到后面计算要用到的电荷 密度。
TiO2
1S.0Y0S0T0E00M00=0T00iO0020
# ISIF = 3 IALGO = 48 NELMDL = -5
0.0000000000000000 0.5000000000000000 0.0410414100183514
0.5000000000000000 0.5000000000000000 0.2910414100183515 将CONTCAR
0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.7910414100183514 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.5000000000000000 0.5000000000000000 0.5000000000000000 0.0000000000000000 0.5000000000000000 0.2500000000000000
basic characters of surface system 表面体系的基本性质的计算
......
输入文件
POTCAR KPOINTS POSCAR INCAR
pseudopotentail file（赝势文件，软件本身具有， 用时选择合理的即可）
Brillouin zone sampling（ k点取样设置文件）
TITEL = US Si LULTRA = T use ultrasoft PP ? IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no RPACOR = 1.580 partial core radius POMASS = 28.085; ZVAL = 4.000 mass and valenz RCORE = 2.480 outmost cutoff radius RWIGS = 2.480; RWIGS = 1.312 wigner-seitz radius (au A) ENMAX = 150.544; ENMIN = 112.908 eV EAUG = 241.945 …………
从头模拟的软件包。 • 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。
基本任务
crystal structure 晶体结构基本性质计算
• Electronic Structure • Magnetic properties • Optimize parameters • Structural relaxation
0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000
0.5000000000000000 0.5000000000000000 0.5000000000000000
0.0000000000000000 0.5000000000000000 0.2500000000000000
中得到的数据 拷贝到
POSCAR中
0.5000000000000000 0.0000000000000000 0.7500000000000000
(4). 静态计算之后，进行能带计算
SYSTEM = TiO2 PREC = Accurate
NSW = 0 ENCUT = 400 ISTART = 1 ICHARG = 11 # IBRION = -1 # ISMEAR = -5
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
每类原子的个数 确定按何种坐标来写原子位置 第一个坐标 第二个坐标
TiO2_anatase.cell 隐藏文件
缩放倍数为1
命名为TiO2 基矢
体系中有8TS输入文件: 控制K点的选取方式
• 按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)
(1). 生成4个输入文件: POSCAR POTCAR KPOINTS INCAR
TiO2
1.00000000000000
3.776000000000000 0.000000000000000 0.000000000000000 0.00S0Y0S0T0E00M00=0T00iO002 3.776000000000000 0.000000000000000 D0008...i050r4000e0000ct.00000000PNEIII000CBS0RNS000T0HRE000WCA0IA000C0UOR000R=0TNT=0000G00020A===00000=c00004001c000020u00000ra0t0000e...0550000000000.000000000000000000000000KM0000040-000o0P000n0o000k0i40000nh0000to0sr0s000400t ...0P274a005c888k0009000.000400080006000000000000V各0000A0000种000S0000P0P000提0O0T供0C0的1AR 0.50000I0S0IF00=00300000 0.0000000000000000 0.9580000000000000 0.50000E0D00IF0F00G0=00-000.010.0000000000000000 0.5420000000000000 0.00000A0D00D0G00R0I0D0=00.Tr0u.e5.000000000000000 0.0420000000000000 0.50000I0S0M00E0A0R00=0000 0.5000000000000000 0.2920000000000000 0.00000S0I0G0M00A00=000.010 0.0000000000000000 -0.2080000000000000
structural data（描述体系结构的文件）
steering parameters（计算控制参数文件）
INCAR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
POSCAR输入文件：描述体系结构
例:SiC体系的POSCAR文件
Cubic SiC 3.57 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 11 Direct 0.00 0.00 0.00 0.25 0.25 0.25
设置体系的名称 晶格常数或缩放系数
原胞(或晶胞)的基矢
0.00000000000000000 9.518838639V6A3S40P2提63供的
Monkhorst Pack
各种POTCAR
444
0I.0B0R0I0O0N00=00-01000000 0.0000000000000000000 0.2089585899816485
0I.5S0M00E0A0R00=000000000 0.5000000000000000 0.7089585899816486
P3R.7E8C45=10A1c3c4u2ra2t5e9402 0.0000000000000000 0.0000000000000000
N0S.0W00=00000000000000 3.784510K1-3P4o2in2t5s9402 0.0000000000000000
E0N.0C00U0T00=0400000000000 8IST4ART = 0 DiIreCcHt ARG = 2
例：静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)时
SYSTEM = Silicon ENCUT = 350 ISTART = 0 ICHARG = 2 ISMEAR = -5 EDIFF = 1E-5 PREC = Accurate