VASP的输入输出文件
VASP(计算前的各种测试)
（计算前的）验证一、检验赝势的好坏：（一）方法：对单个原子进行计算；（二）要求：1、对称性和自旋极化均采用默认值；2、ENCUT要足够大；3、原胞的大小要足够大，一般设置为15 Å足矣，对某些元素还可以取得更小一些。
（三）以计算单个Fe原子为例：1、INCAR文件：SYSTEM = Fe atomENCUT = 450.00 eVNELMDL = 5 ! make five delays till charge mixing，详细意义见注释一ISMEAR = 0SIGMA=0.12、POSCAR文件：atom15.001.00 0.00 0.000.00 1.00 0.000.00 0.00 1.001Direct0 0 03、KPOINTS文件：（详细解释见注释二。
）AutomaticGamma1 1 10 0 04、POTCAR文件：（略）注释一：关键词“NELMDL”:A）此关键词的用途：指定计算开始时电子非自洽迭代的步数（即NELMDL gives the number of non-selfconsistent steps at the beginning），目的是make calculations faster。
“非自洽”指的是保持charge density 不变，由于Charge density is used to set up the Hamiltonian, 所以“非自洽”也指保持初始的哈密顿量不变。
B）默认值（default value）:NELMDL = -5 (当ISTART=0, INIWA V=1, and IALGO=8时)NELMDL = -12 (当ISTART=0, INIWA V=1, and IALGO=48时)NELMDL = 0 (其他情况下)NELMDL might be positive or negative.A positive number means that a delay is applied after each ionicmovement -- in general not a convenient option. （在每次核运动之后）A negative value results in a delay only for the start-configuration. （只在第一步核运动之前）C）关键词“NELMDL”为什么可以减少计算所需的时间？Charge density is used to set up the Hamiltonian, then the wavefunctions are optimized iteratively so that they get closer to the exact wavefunctions of this Hamiltonian. From the optimized wavefunctions a new charge density is calculated, which is then mixed with the old input-charge density. A brief flowchart is given below.（参自Manual P105页）一般情况下，the initial guessed wavefunctions是比较离谱的，在前NELMDL次非自洽迭代过程中保持charge density不变、保持初始的哈密顿量不变，只对wavefunctions进行优化，在得到一个与the exactwavefunctions of initial Hamiltonian较为接近的wavefunctions后，再开始同时优化charge density。
VASP静态自洽计算的输入文件，执行和输出文件
VASP静态⾃洽计算的输⼊⽂件，执⾏和输出⽂件VASP输⼊⽂件1.INCAR⽂件# 计算的体系的名称SYSTEM = Hybrid# I/O设置(读⼊、读出)ISTART = 0 # 0代表⼀个全新的计算ICHARG = 2LWAVE = .FALSE.LCHARG = .TRUE. #输出电⼦密度⽂件LVOT = .TRUE. #loacl potential⽂件LELF = .TRUE. #输出电⼦局域化函数LORBIT = 11 #输出材料的分波态密度#以上四个⽂件⼀般在需要计算准确电⼦结构（⾃洽运算）时才会出现# Electronic Relaxation(电⼦步)ENCUT = 600 #平⾯阶段能，由赝势决定（POTCAR中的ENMAX*1.25~1.50）（数值越⼤，精度越⾼）NELM = 100 #最⼤电⼦步数量，默认60步（难收敛体系，如过渡⾦属，可设置为200、300~）ALGO = Fast #⾃洽循环算法（Fast,Normal,VaryFast)PREC = Accurate #精度设置ISMEAR = 0 # ⾦属0+，⾮⾦属0-（⾦属不可以设置为负数）SIGMA = 0.05 # 划分布⾥渊区,展宽EDIFF = 1E-5 #电⼦步收敛精度AMIX = 0.1 #BMIX = 0.01 #加快收敛NEDOT = 2000EMIN = -10.0 #两个EMAX = 10.0 #细化能级# Ionic Relaxation (离⼦步)IBRION = 2 #离⼦弛豫的算法（2较稳定）NSW = 300 #最⼤离⼦步的个数EDIFFG = -1E-2 #离⼦步收敛标准（默认是EDIFF*10）ISIF = 3 # 对晶胞的弛豫⽅法(3:全弛豫 2:固定体积的弛豫 4:固定体积但允许形状改变)# Polarization (含磁性体系)ISPIN = 2 # ⾃旋极化LOSRBIT = .False. #考虑⾮线性磁性（默认不考虑）# Parallization(并⾏计算的相关设定)LREAL = Auto #计算进⾏在实空间或是导空间NPAR = 1 #取节点数量或核⼼数量的根号值LPLANE = .FALSE. #针对平⾯波的设置‘#’ 表⽰注释符，后⾯的内容不会被执⾏2.KPOINTS⽂件# 划分布⾥渊区⽹格Automatic meshGamma #划分⽹格8 8 80.0 0.0 0.0# 另⼀种KPOINTS⽂件形式Automatic meshAuto25.03.POSCAR⽂件# 通过VESTA建模得到# 包括体系名称，晶胞基⽮信息，原⼦元素种类、数量和具体坐标4.POTCAR⽂件# 从赝势库中得到的赝势信息，⼀般不需要进⾏操作VASP程序的执⾏mpirun -np x vasp_std < INCAR# x是指CPU的线程数（核⼼数）VASP输出⽂件1.OSZICAR#第⼀⾏内容F #体系的⾃由能E0 #最后体系的总能量dE #体系能量的改变量# 使⽤linux命令得到⽂件中我们需要的数据grep E0 OSZICAR #打印出OSZICAR⽂件中所有含有'E0'的⾏2.OUTCAR⽂件# 包含VASP全部输⼊信息的总结(⽇志⽂件)# 最后⼀⾏：计算成本，磁性信息，电荷信息grep 'reached required accurary' OUTCAR# 若OUTCAR⽂件中存在上述字符串，则表明计算成功收敛；若没有，则未收敛3.DOSCAR⽂件# 材料的态密度信息（材料在不同能级上各⾃的占据情况/概率）（5列、3列）# 若在电⼦步设置了LORBIT=11，则会输出分波态密度（19列）更⼤4.CHGCAR⽂件#电⼦在空间位置上的分布，可直接通过VESTA⽂件画图5.LOCALCAR⽂件#电⼦在空间中的能级分布6.ELFCAR⽂件#定义的电⼦局域化函数7.EIGENVAL⽂件#电⼦在导空间上的分布状态。
VASP的输入输出文件
@Hou Zhufeng
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POTCAR
• 按POSCAR文件中，每类原子的顺序把各类原子相应的赝 势合并到同一个文件(POTCAR)中。比如在POSCAR中原 子坐标按Si, O的顺序写出给原子的坐标，则到赝势库目录 中使用下面的命令: zcat Si/POTCAR.Z >POTCAR zcat O/POTCAR.Z >>POTCAR • 每类原子的赝势类型(PAW或超软)一致 • 每类原子的赝势类型(交换关联)要与INCAR中交换关联设置 一致
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KPOINTS(1)
• 设置布里渊区k点取样或k点的坐标,计算能带时k点的高对称 线 • 设置方式:手动输入所有的k点，按Monkhorst-Pack方法自动 产生 • 格式：普通，四面体，M-P网格，Line模式 • 卡笛尔坐标系和倒格子坐标系
@Hou Zhufeng
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KPOINTS(2)
• 按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)
#/bin/sh for i in 3 5 7 9 11 do cat > KPOINTS <<! auto 0 Monhkorst-pack $i $i $i 0.0 0.0 0.0 ! vasp E=`grep "TOTEN" OUTCAR | tail -1 | awk '{printf "%12.6f \n", $5 }'` K=`grep "irred" OUTCAR | tail -1 | awk '{printf "%4i \n", $2 }'` echo $K $E >>SUMMARY done
@Hou Zhufeng
VASP操作介绍-两次课
化学家习惯的原子轨道的概念相联系，即其结果与化学家
所感兴趣的成键和轨道作用图象很难联系出来，这就为我 们计算结果的分析带来了困难； 2) 考察某些物理量时，例如原子电荷，涉及到积分范围的选 取，这造成所得物理量的绝对值意义不大； 3) 有些方法，例如杂化密度泛函方法不易于采用平面波基组 方法实现。
3. VASP程序基本知识
相同的精度；
3) 很方便地采用快速傅立叶变换 (FFT) 技术，使能量、力 等的计算在实空间和倒易空间快速转换，这样计算尽可
能在方便的空间中进行；
4) 计算的收敛性和精确性比较容易控制，因为通过截断能 的选择可以方便控制平面波基组的大小。
平面波基组方法的不足之处：
1) 所求得的波函数很难ห้องสมุดไป่ตู้找出一个直观的物理或化学图象与
这样，电子波函数可以写为平面波的加和：
i ( k e G )r i (r ) c 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 2 [ Vion (r ) VH (r ) V XC (r )] i (r ) i i (r ) 2m i：Kohn—Sham本征值
截至能的大小直接影响到计算结果的精度和计算速度，
因此，它是平面波计算方法的一个重要参数。 理论上截断能越大计算结果也可靠，但截至能大小决定 了计算中平面波的数目，平面波数目越多计算时间约长、内 存开销越大。 一般根据所求物理量来确定截至能，例如计算体模量以 及弹性系数时，需要较高的截至能，而通常的构型优化只要
4) 严格意义上，通过考察体系总能量/能量差值对真空 区大小的收敛情况来确定合理的平移矢量长度。
tal energy
VASP程序使用
尝试电子密度和尝试波函数
写出交换相关势表达式
构造哈密顿量
子空间对角化，优化迭代
自由能的表达式E
新电子密度，与尝试电子密度比较
是
否
输出结果，写波函数
与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点： 1) 无需考虑BSSE校正； 2) 平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样，一
对于K-mesh的确定方法，通常通过考察总能量/能量差的收敛 程度来确定，能量的收敛标准是1meV/atom。
多数情况下，对半导体或绝缘体较小的K-mesh能量就可以 收敛，对于导体，一般需要较大的K-mesh。
-10.2
-10.3
-10.4
Total energy(eV)
-10.5
-10.6
-10.7
PBE
2) POTCAT中各原子赝势定义的顺序必需与POSCAR中相同：
surface of mgo(100) (2*2)Mg 1.00000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 5.9459999999999997 0.0000000000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000 20.0000000000000000 20 20
动力学模拟)； DOSCAR : 态密度信息。
POSCAR文件内容说明：
Silicon bulk (Title) 2.9 (Scaling factor or lattice constant) 0.0 1.0 1.0 (第一个平移矢量的方向) 1.0 0.0 1.0 (第二个平移矢量的方向) 1.0 1.0 0.0 (第三个平移矢量的方向)
1-VASP计算教程第一课-认识VASP的输入和输出
V ASP计算教程第一课认识V ASP的输入和输出课程目标：通过计算孤立氧原子的能量，初步认识V ASP的输入和输出。
课程正文：一、V ASP的输入文件（lecture1-01）V ASP的基本输入文件共有四个：POSCAR，INCAR，KPOINTS，POTCAR。
其中POSCAR是结构文件（计算的体系是什么）；INCAR是参数文件（怎么计算）；KPOINTS是K点文件，决定了在体系的哪些点进行计算；POTCAR是赝势文件，包含了相应体系的元素的基本信息。
1、POSCAR以孤立氧原子为例，创建相应的结构文件。
V ASP要求计算的结构必须是周期体系，因此我们的结构可以描述为“一个足够大的晶胞（盒子）中存在一个氧原子”，之所以强调“足够大”，是因为晶胞具有周期性，晶胞足够大，氧原子之间的相互作用才可以忽略不计。
POSCAR文件内容如下：----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 O atom2 1.03 8.00 0.00 0.004 0.00 8.00 0.005 0.00 0.00 8.006 O7 18 Cartesian9 0.00 0.00 0.00---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 在这里，灰色背景及其中的数字为行号，POSCAR文件中并不包含。
其中，第1行的“O atom”是体系的名称，可以根据个人的喜好进行命名（如可以替换为isolated O，single O atom，one Oxygen atom等），方便对计算任务的记忆与理解，不同的命名不会影响计算；第2行的“1.0”为晶格的缩放系数，第3到5行是晶格在xyz坐标系中三个方向的基矢长度，基矢长度乘以晶格的缩放系数即为晶胞的大小，因此通过这四行参数，我们构建了一个晶格长度为8.00 Å的正方形晶胞。
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操作介绍两次课
说明：本PPT主要内容参考网络资源，其用于教学 是合适的。 主要参考：计算材料学：杨振华。
VASP计算软件包简介
VASP，其全称是Vienna Ab-initio Simulation Package。 VASP是一种使用赝势和平面波基组进行从头量子力学分 子动力学计算和第一性原理计算的软件包。 VASP主要用于具有周期性的晶体或表面的计算，可以采 用大单胞，也可以用于处理小的分子体系。
-10.65
-10.70
-10.75
-10.80
100
150
200
250
300
Cutoff energy (eV)
硅体相总能量随cutoff energy大小的变化情况
5. VASP输入和输出文件：
输入文件(文件名必需大写)
INCAR : 其内容为关键词，确定了计算参数以及目的； POSCAR : 构型描述文件，主要包括平移矢量、原子类
i(r)eikrfi(r)
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)
c e iGr i,G
G
这样，电子波函数可以写为平面波的加和：
i(r)
c e i(kG )r i,kG
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
6. VASP安装和运行：
(1) VASP程序安装： a. 设置编译环境：安装Fortran编译器，常用为IFC b. 对于并行版本vasp的编译，还需安装MPICH c. 编译vasp自带的库文件 d. 对makefile进行修改，包括BLAS和Lapack库文件所在
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@Hou Zhufeng
内容(2)
输出文件(续)
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
☺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Material Studio中Crystal builder或其他的晶体学软 件画出晶体，并得到各个原子的坐标;或c)根据空间群国际表写出各等价位置; d)晶 体数据库
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KPOINTS(1)
Example file 4 Cartesian 0.0 0.0 0.0 1. 0.0 0.0 0.5 1. 0.0 0.5 0.5 2. 0.5 0.5 0.5 4. Tetrahedra 1 0.183333333333333 6 1234
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)
VASP的输入输出文件
侯柱锋 复旦大)
输入文件
INCAR :计算控制参数文件 POSCAR :描述体系结构的文件 KPOINTS :k点取样设置文件 POTCAR :赝势文件
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
3
输入文件
4
INCAR(1)
• • • • • • 设置计算的精度 设置是做什么计算 设置交换关联函数 设置优化的算法和收敛标准 设置MD的步长、温度、时间 设置每个波函数或电子的占有数(也就是 smearing 方法及相关的参数)等等 • 自由格式 • 共100多个关键词，一般都有合适的默认值。通常 需设置的有10个左右。即使INCAR文件无任何内容 也可以进行计算。
k-points entered manually 5 Reciprocal 0.500 0.000 0.500 1.00 0.475 0.000 0.475 1.00 0.450 0.000 0.450 1.00 0.425 0.000 0.425 1.00 0.400 0.000 0.400 1.00
Cubic SiC 3.57 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 1 1 Direct 0.00 0.00 0.25 0.25 0.5 0.5 0.0 设置体系的名称 晶格常数或缩放系数 原(或晶)胞的基矢 Cubic SiC 3.57 0.0 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 1 1 Cartesian 0.00 0.00 0.25 0.25
例子:
Cubic SiC 3.57 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 1 1 Selective dynamic Direct 0.000 0.000 0.000 F F F 0.248 0.248 0.248 T T T
表示对体系中的原子进行限制性的迟豫 或优化，这一行以字母S开头。 固定第一类原子的位置， 对第二类原子的位置进行优化
• 设置布里渊区k点取样或k点的坐标,计算能带时k点的高对称 线 • 设置方式:手动输入所有的k点，按Monkhorst-Pack方法自动 产生 • 格式：普通，四面体，M-P网格，Line模式 • 卡笛尔坐标系和倒格子坐标系
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KPOINTS(2)
• 按普通格式手动输入各个k点(推荐用在计算能带时)
可以在一行设置多个关键词的值，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
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POSCAR(1)
• 描述了体系的结构文件: 原(或晶)胞的基矢, 原子的位置, 原 子是否移动，原子的初始速度等) • 分数坐标和卡笛尔坐标 例子:
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INCAR(2)：例子
• 静态计算(计算总能和自洽的电荷密度)
懒：删掉计算目录下的WAVECAR，INCAR中不作任何设置
推荐：自己手动设置ENCUT, TITLE, ISTART, ICHARG, ISMEAR, EDIFF, PREC等
SYSTEM = Silicon ENCUT = 350 ISTART = 0 ICHARG = 2 ISMEAR = -5 EDIFF = 1E-5 PREC = 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
0.5 0.5 0.0
每类原子的个数
确定按何种坐标来写原子位置
0.00 0.25
第一类原子的第一个坐标 第二类原子的第一坐标
0.00 0.25
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。
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POSCAR(2)
• 对原子位置进行选择性的迟豫(Selective dynamic)
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。
• 按四面体格式手动输入各个k点(复杂，不推荐用)
标题或注释行，无特别意义 K点的数目 以字母C开头表示k点是按卡笛尔坐标系 前三个数是k点的坐标，最后一个数是相应k点的坐标(下面共4个k点) 当smearing方面采用的是四面体方法时，以字母T开头表示下面的是 描述各个四面体的信息 四面体的个数，每个四面体的体积权重 每个四面体顶角的权重，每个四面体顶角k点坐标的序号