VASP程序使用
ms计算声子谱
声子谱（Phonon Spectrum）是描述晶体中原子振动模式的能谱。
在计算声子谱时，通常使用第一性原理模拟软件，如VASP、Quantum ESPRESSO等。
这些软件可以计算晶体的电子结构、原子间的相互作用以及原子的振动模式。
以下是使用VASP计算声子谱的基本步骤：
1. 准备输入文件：首先需要准备VASP的输入文件，包括POSCAR（描述晶体结构）、INCAR（控制计算参数）和KPOINTS（定义k点网格）。
2. 运行VASP：在准备好输入文件后，可以在命令行中运行VASP程序。
例如，对于VASP 5.4.4版本，可以使用以下命令：
bash
mpirun -np 4 vasp_std
其中，`-np 4`表示使用4个并行进程运行VASP，`vasp_std`是VASP的标准版本。
3. 分析结果：计算完成后，VASP会生成多个输出文件，其中最重要的是OUTCAR （包含总能量、力等信息）和DOSCAR（包含态密度信息）。
通过分析这些文件，可以得到声子谱的信息。
4. 绘制声子谱图：根据OUTCAR和DOSCAR文件中的数据，可以使用Python
或其他编程语言编写脚本来绘制声子谱图。
例如，可以使用matplotlib库绘制声子谱图。
需要注意的是，声子谱的计算可能需要较长时间，因为涉及到大量的原子间相互作用和振动模式。
此外，为了获得准确的声子谱，需要选择合适的k点网格和晶格参数。
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
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-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)
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。
如何用VASP计算晶格常数
如何用VASP计算晶格常数VASP是一款常用的第一性原理计算软件，可用于计算各种物理和化学性质，包括晶格常数。
本文将通过详细的步骤指导如何使用VASP计算晶格常数。
1.准备工作：在使用VASP计算晶格常数之前，需要准备以下文件：-INCAR文件：包含所有计算参数的输入文件。
- POSCAR文件：包含体系的原子坐标和晶格常数的输入文件。
可以使用外部软件生成，例如Materials Studio、VESTA等。
-POTCAR文件：包含原子势能信息的文件。
-KPOINTS文件：用于定义k点网格，用于计算能带结构。
可以使用自动生成工具进行生成。
2.设置INCAR文件：打开INCAR文件，设置以下参数：-ENCUT：截断能。
一种势能截断参数，对计算结果影响较大。
可通过多次计算逐渐增大其值，直到结果收敛为止。
- ISMEAR：用于定义电子占据数的方法。
常用的选项有Gaussian和Methfessel-Paxton。
- SIGMA：在使用ISMEAR选项为Gaussian时，用于定义宽度的参数。
一般选择小于0.2 eV。
- PREC：定义计算的精度级别。
常用的设置有Low、Normal和High。
-NSW：定义离子进行多少步的迭代。
-ISTART和ICHARG：对于初始的计算，将其设置为0。
-EDIFF：收敛判据。
设置一个合适的值，使得计算结果收敛。
3.设置POSCAR文件：打开POSCAR文件，设置晶体的结构参数。
可以手动输入原子的坐标，或者复制其他软件生成的文件内容。
4.设置POTCAR文件：在VASP的安装目录中，找到POTCAR文件夹，并将需要使用的原子势能文件复制到当前工作目录中。
注意保持POTCAR文件的顺序和POSCAR文件中原子的顺序一致。
5.设置KPOINTS文件：打开KPOINTS文件，在其中设置k点的信息。
k点的密度对计算结果的精度有一定影响，可以根据具体需求进行调整。
在这里，我们将只计算晶格常数，因此可以选择较低的k点密度。
VASP程序使用教程
-10.2
-10.3
-10.4
Total energy(eV)
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-10.8
-10.9 2 4 6 8 10 12
硅体相总能量随K-mesh大小的变化情况
Size of k-mesh
4. Cutoff energy大小的选择：
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。
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寻找出一个直观的物理或化学图象与
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
二维固体表面
说明： 重复平板模型中的平移矢量长度必须合理选择，以保证： 1) 对于分子体系，必须保证相邻重复单元中最近邻原子之间的 距离必须至少7~10埃以上； 2) 对于一维体系，相邻两条链最近邻原子之间的距离必须至少 7~10埃以上； 3) 对二维体系，上下两个平板最近邻原子之间的距离必须至少 7~10埃以上； 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。
Surf. Sci., 2007, 601, 3488
6) UPS能谱图像模拟
Surf. Sci., 2007, 601, 3488
7) 材料光学性质计算
8) 其它性质计算，包括功函、力学性质等
2. 重复平板模型(或层晶模型)：
VASP程序采用重复平板模型来模拟零维至三维体系
零维分子体系
VASP参数设置详解要点
VASP参数设置详解要点VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种第一原理计算程序，用于计算材料性质和从头计算材料结构。
在进行VASP模拟时，合理设置参数非常重要，它们决定了模拟的准确性和效率。
下面将详细讨论几个关键的VASP参数设置要点。
1.设置能量截断（ENCUT）：ENCUT是控制计算中的平面波能量截断的参数。
它应该尽量接近真实波函数的动能截断，以保证计算结果的准确度。
选择合适的ENCUT值非常关键，过低的值可能导致计算不收敛，过高的值则会造成计算时间过长。
一般建议从400eV开始进行尝试，然后根据计算的收敛性和计算结果调整。
2.设置k点密度（KPOINTS）：k点密度是控制倒空间采样的参数。
k点密度越高，计算结果越准确，但计算时间也会增加。
为了在准确性和效率之间取得平衡，可以根据材料的对称性和大小进行合理的选择。
一般情况下，对于晶体，k点密度可以使用Reciprocal Space的自动生成程序，对于分子系统，可以使用Gamma Point + Monkhorst Pack方案。
3.设置电子步的最大迭代次数（NELM）：NELM是控制电子步迭代收敛性的参数。
它决定了算法进行多少次最大迭代。
在计算过程中，电子步的总数是非常关键的。
如果电子步的迭代次数不足，可能会导致计算不收敛。
通常可以从60次开始进行尝试，如果计算结果不收敛，可以增加NELM的值。
4.设置计算精度（PREC）：PREC参数是控制计算精度的参数。
该参数取值从粗到细分别为Low，Medium，High和Accuracy。
选择适当的计算精度可以在减少计算时间和提高计算结果准确性之间取得平衡。
一般情况下，可以从Medium开始尝试。
5.设置自洽迭代的收敛判据（EDIFF）：EDIFF是控制自洽迭代收敛性的参数。
当自洽迭代前后两次总能量的变化低于EDIFF时，认为自洽迭代收敛。
合理设置EDIFF可以保证计算结果的准确性。
VASP使用总结
VASP计算的理论及实践总结一、赝势的选取二、收敛测试1、VASP测试截断能和K 点2、MS测试三、结构弛豫四、VASP的使用流程（计算性质）1、VASP的四个输入文件的设置2、输出文件的查看及指令3、计算单电能(1) 测试截断能(2) 测试K点4、进行结构优化5、计算弹性常数6、一些常用指令一、赝势的选取VASP赝势库中分为：PP和PAW两种势，PP又分为SP（标准）和USPP（超软）。
交换关联函数分为：LDA（局域密度近似）和GGA（广义梯度近似）。
GGA 又分为PW91和PBE。
在VASP中，其中pot ,pot-gga是属于超软势（使用较少）。
Paw, paw-pbe ,和paw-gga是属于PAW。
采用较多的是PAW-pbe 和PAW-gga。
此外vasp 中的赝势分为几种，包扩标准赝势(没有下标的)、还有硬（harder）赝势(_h)、软（softer）赝势(_s), 所谓的硬（难以赝化），就是指该元素原子的截断动能比较大，假想的势能与实际比较接近，计算得到的结果准确，但比较耗时，难以收敛。
软（容易赝化），表示该元素原子的截断动能比较小，赝势模型比较粗糙，但相对简单，可以使计算很快收敛（比如VASP开发的超软赝势）。
即硬的赝势精度高，但计算耗时。
软的精度低，容易收敛，但节省计算时间。
另一种情况：如Gd_3，这是把f电子放入核内处理，对于Gd来说，f电子恰好半满。
所以把f电子作为价电子处理的赝势还是蛮好的（类似还有Lu，全满）。
（相对其他的4f元素来说，至于把f电子作为芯内处理，是以前对4f元素的通用做法。
计算结果挺好）常用的做法是：用两种赝势测试一下对自己所关心的问题的影响情况。
在影响不大的情况下，选用不含4f电子的赝势（即后缀是3），一来减少计算量，二来避免DFT对4f电子的处理。
【1.赝势的选择：vasp的赝势文件放在目录~/vasp/potentials 下，可以看到该目录又包含五个子目录pot pot_GGA potpaw potpaw_GGA potpaw_PBE ，其中每一个子目录对应一种赝势形式。
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Cutoff energy (eV)
硅体相总能量随cutoff energy大小的变化情况 硅体相总能量随 大小的变化情况
5. VASP输入和输出文件： 输入和输出文件： 输入和输出文件
VASP
(Vienna Ab-initio Simulation Package)
程序使用
•VASP基本原理简介 基本原理简介 •基本知识 基本知识 •常用关键词使用说明 常用关键词使用说明 •计算结果处理 计算结果处理
VASP程序基本原理 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 是基于赝势平面波基组的密度泛函程序， 赝势平面波基组的密度泛函程序 版本， 是CASTEP 1989版本，其基本原理如下： 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 根据 定理，对于周期体系， 定理 为单胞部分和类波部分的乘积： 为单胞部分和类波部分的乘积：
上式中动能项是对角化的， 上式中动能项是对角化的，通过求解上式方括号中的哈密顿矩 阵来求解KS方程，该矩阵的大小由截至能(cutoff energy)来决定。 阵来求解 方程，该矩阵的大小由截至能( 方程 截至能 )来决定。
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 子空间对角化，
平面波基组方法的不足之处： 平面波基组方法的不足之处： 1) 所求得的波函数很难寻找出一个直观的物理或化学图象与 所求得的波函数很难寻找出一个直观的物理或化学图象与 化学家习惯的原子轨道的概念相联系， 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， 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； 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 考察某些物理量时，例如原子电荷， 取，这造成所得物理量的绝对值意义不大； 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 有些方法， 方法实现。 方法实现。
VASP程序基本知识 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 电子结构(能带结构 能带结构、 、电荷密度分布)
能带结构
DOS
电荷密度分布
J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19270
主要输出文件 OUTCAR : 最主要的输出文件，包含了所有重要信息； 最主要的输出文件，包含了所有重要信息； OSZICAR : 输出计算过程的能量迭代信息； 输出计算过程的能量迭代信息； CONTCAR: 内容为最新一轮的构型 分数坐标，可用于续算 ； 内容为最新一轮的构型(分数坐标 可用于续算)； 分数坐标， CHGCAR和CHG : 电荷密度； 和 电荷密度； WAVECAR : 波函数文件； 波函数文件； EIGENVAL: 记录各 点的能量本征值，用于绘制能带图； 记录各K点的能量本征值 用于绘制能带图； 点的能量本征值， XDATCAR: 构型迭代过程中各轮的构型信息 分数坐标，用于 构型迭代过程中各轮的构型信息(分数坐标 分数坐标， 动力学模拟)； 动力学模拟 ； DOSCAR : 态密度信息。 态密度信息。
自由能的表达式E 自由能的表达式
新电子密度， 新电子密度，与尝试电子密度比较 是 否
输出结果， 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： 与原子轨道基组相比，平面波基组有如下优点： 基组有如下优点 1) 无需考虑 无需考虑BSSE校正； 校正； 校正 平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样， 2) 平面波基函数的具体形式不依赖于核的坐标，这样，一 方 面 ， 价 电 子 对 离 子 的 作 用 力 可 以 直 接 用 HellmanFeymann定理得到解析的表达式， 计算显得非常方便， 定理得到解析的表达式，计算显得非常方便， 定理得到解析的表达式 另一方面也使能量的计算在不同的原子构象下具有基本 相同的精度； 相同的精度； 很方便地采用快速傅立叶变换(FFT)技术 使能量、 技术， 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， 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； 在方便的空间中进行； 计算的收敛性和精确性比较容易控制， 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。 的选择可以方便控制平面波基组的大小。
不同元素在构造其赝势时，有各自的截至能，对于 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， 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 数物理量是足够的。严格意义上，截至能的确定与K-mesh大 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 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)。 。 保证总能量收敛至
εi：Kohn—Sham本征值 本征值
Vion：电子与核之间的作用势 VH和VXC：电子的 电子的Hartree势和交换 相关势 势和交换—相关势 势和交换
v n( r ' ) 3 v v 2 VH (r ) = e ∫ v v d r ' | r − r '|
v v δE XC [n(r )] V XC (r ) = v δn ( r )
3) 构型优化 含过渡态 和反应途径 构型优化(含过渡态 含过渡态)和反应途径
J. Phys. Cheபைடு நூலகம். B, 2006, 110, 15454
4) 频率计算和 频率计算和HREELS能谱模拟 能谱模拟
J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 7437
5) STM图像模拟 图像模拟
零维分子体系
Dv: Vacuum thickness (~10 A) 二维固体表面
说明： 说明： 重复平板模型中的平移矢量长度必须合理选择，以保证： 重复平板模型中的平移矢量长度必须合理选择，以保证： 1) 对于分子体系，必须保证相邻重复单元中最近邻原子之间的 对于分子体系， 距离必须至少7~10埃以上； 埃以上； 距离必须至少 埃以上 2) 对于一维体系，相邻两条链最近邻原子之间的距离必须至少 对于一维体系， 7~10埃以上； 埃以上； 埃以上 3) 对二维体系，上下两个平板最近邻原子之间的距离必须至少 对二维体系， 7~10埃以上； 埃以上； 埃以上 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 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。 收敛情况来确定合理的平移矢量长度。
-10.2
-10.3
-10.4
Total energy(eV)
-10.5
-10.6
-10.7
-10.8
-10.9 2 4 6 8 10 12
Size of k-mesh
硅体相总能量随K-mesh大小的变化情况
4. Cutoff energy大小的选择： 大小的选择： 大小的选择
截至能的大小直接影响到计算结果的精度和计算速度， 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。 因此，它是平面波计算方法的一个重要参数。 理论上截至能越大计算结果也可靠，但截至能大小决定 理论上截至能越大计算结果也可靠， 了计算中平面波的数目，平面波数目越多计算时间约长、 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。 存开销越大。 一般根据所求物理量来确定截至能， 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， 及弹性系数时，需要较高的截至能，而通常的构型优化只要 中等大小的截至能即可，另外动力学模拟时，可选取低的截 中等大小的截至能即可，另外动力学模拟时， 至能。 至能。
输入文件(文件名必需大写 输入文件 文件名必需大写) 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； 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 构型描述文件，主要包括平移矢量、 型和数目、以及各原子坐标； 型和数目、以及各原子坐标； KPOINTS : K点定义文件，可手动定义和自动产生； 点定义文件，可手动定义和自动产生； 点定义文件 POTCAR : 各原子的赝势定义文件。 各原子的赝势定义文件。
POSCAR文件内容说明： 文件内容说明： 文件内容说明
Silicon bulk (Title) 2.9 (Scaling factor or lattice constant) 0.0 1.0 1.0 1.0 0.0 1.0 1.0 (第一个平移矢量的方向 第一个平移矢量的方向) 第一个平移矢量的方向 1.0 (第二个平移矢量的方向 第二个平移矢量的方向) 第二个平移矢量的方向 0.0 (第三个平移矢量的方向 第三个平移矢量的方向) 第三个平移矢量的方向
v v v v i ( k + G )⋅ r v ψ i (r ) = ∑ ci ,kv +G e v G
根据密度泛函理论，波函数通过求解Kohn—Sham方程来确定： 根据密度泛函理论，波函数通过求解 方程来确定： 方程来确定
h2 2 v v v v v [− ∇ + Vion (r ) + V H (r ) + V XC (r )]ψ i (r ) = ε iψ i (r ) 2m