1、VASP參數設置詳解計算材料 2010-11-30 20:11:32 閱讀197 評論0 字號：大中小 訂閱 轉自小木蟲，略有增減 軟件主要功能： 采用周期性邊界條件（或超原胞模型）處理原子、分子、團簇、納米線（或管）、薄膜、晶體、準晶和無定性材料，以及表面體系和固體l 計算材料的結構參數（鍵長、鍵角、晶格常數、原子位置等）和構型l 計算材料的狀態方程和力學性質（體彈性模量和彈性常數）l 計算材料的電子結構（能級、電荷密度分布、能帶、電子態密度和ELF）l 計算材料的光學性質l 計算材料的磁學性質l 計算材料的晶格動力學性質（聲子譜等）l 表面體系的模擬（重構、表面態和STM模擬）l 從頭分子

2、動力學模擬l 計算材料的激發態（GW準粒子修正）計算主要的四個參數文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面簡要介紹，詳細權威的請參照手冊INCAR文件：該文件控制VASP進行何種性質的計算，并設置了計算方法中一些重要的參數，這些參數主要包括以下幾類：l 對所計算的體系進行注釋：SYSTEMl 定義如何輸入或構造初始的電荷密度和波函數：ISTART，ICHARG，INIWAVl 定義電子的優化 平面波切斷動能和綴加電荷時的切斷值：ENCUT，ENAUG 電子部分優化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG 電荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，

3、AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX 自洽迭代步數和收斂標準：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFFl 定義離子或原子的優化 原子位置優化的方法、移動的步長和步數：IBRION，NFREE，POTIM，NSW 分子動力學相關參數：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS 離子弛豫收斂標準：EDIFFGl 定義態密度積分的方法和參數 smearing方法和參數：ISMEAR，SIGMA 計算態密度時能量范圍和點數：EMIN，EMAX，NEDOS 計算分波態密度的參數：RWIGS，LORBI

4、Tl 其它 計算精度控制：PREC 磁性計算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN 交換關聯函數：GGA，VOSKOWN 計算ELF和總的局域勢：LELF，LVTOT 結構優化參數：ISIF 等等。 主要參數說明如下：? SYSTEM：該輸入文件所要執行的任務的名字。取值：字符串，缺省值：SYSTEM ? NWRITE：輸出內容詳細程度。取值：04，缺省值：2如果是做長時間動力學計算的話，最好選0或1(首末步/每步核運動輸出)，短時運算用2，選3則會在出錯的時候給出說明信息。 ? ISTART：決定是否讀取WAVECAR文件。取值：02，缺省0/1 for無/有前次計算的WAVECAR（波

5、函數）0：begin 'from scratch'，根據INIWAV初始化波函數1：restart with constant energy cut-off，從WAVECAR讀取波函數（重定義平面波集）2：restart with constant basis set，從WAVECAR讀取波函數（平面波集不變） ? ICHARG：決定如何建立初始電荷密度。取值：02，缺省值: if ISTART=0 2 else 00：由初始波函數計算電荷密度1：從CHGCAR文件讀取電荷密度2：使用原子電荷密度的疊加+10非自洽計算 ? ISPIN：是否進行spin polarized ca

6、lculation。取值：1，2（1-no，2-yes），缺省值：2 ? MAGMOM：在ICHARG=2或在CHGCAR中未包含磁化密度（ICHARG=1）時，指定每個原子的初始磁化時刻。取值：實數數組，缺省值:對ISPIN=2 NIONS*1.0，對非共線型磁化體系3*NIONS*1.0 ? INIWAV如何設置初始波函數，只在ISTART=0時使用。取值：0，1（0-最低動能的平面波，1-隨機數），缺省值：1。 ? IDIPOL控制計算單極、偶極和四極修正。取值：14。13只計算第一/二/三晶矢方向，適于厚板（slab）的計算4 所有方向都計算，適于計算孤立分子 ? PREC進動（pre

7、cession）。取值：low/medium/high/normal/ accurate/single)，缺省值: Normal（VASP.4.X）；Medium（VASP.5.X）VASP4.5+采用了優化的accurate來替代high，所以一般不推薦使用high。不過high可以確保“絕對收斂”，作為參考值有時也是必要的。同樣受推薦的是normal，適于作為日常計算選項。受PREC影響的參數有四類：ENCUT；NGX，NGY，NGZ；NGXF，NGYF，NGZF；ROPT。如果設置了PREC，這些參數就都不需要出現了，當然直接設置相應的參數也有同樣效果。具體影響效果見p5354。 ? E

8、NCUT平面波基組的截斷能量（eV）。取值：實數，缺省值：受PREC設置影響，從POTCAR文件中找出相應的ENMAX/ENMIN值來設置。PREC = Low Medium Accurate NormalENCUT = ENMIN ENMAX ENMAX ENMAX Single HighENMAX ENMAX*1.3對于多個元素不同的ENMAX/ENMIN，都取最大值。該參數非常重要，最好不要手工去設置，除非文獻告訴你要用多少，或者經過結果可靠性的驗證。當然，為了測試一下提交的任務，也不妨先設個較小的值。 ? NGX，NGY，NGZ：控制FFT網格在三個晶矢方向上的格點數量。? NGFX，

9、NGFY，NGFZ：控制第二次更精確的FFT網格的格點數量。也是兩類重要的最好不要去動的參數。在未指定的情況下將根據PREC的設置從POTCAR中自動讀取。PREC=High/Accurate，基組中向量的2倍值，用來避免wrap around errors，得到精確解。PREC=Low/Medium/Normal，基組中向量的3/4倍值（已足夠精確到 1 meV/atom）。 ? LREAL:決定投射是在實空間還是倒易空間進行。取值：.TRUE.（實空間）/.FALSE.（倒易空間），缺省值：.FALSE.用于求解贗勢的非局域部分用到的一個積分，在倒格空間里采用平面波基組求解，在實空間里則采

10、用積分球求解。其他還有兩個選項：O or On，A or Auto。On和.TRUE.的差別在于是否使用King-Smith算法優化，設為Auto則進行自動選擇，推薦使用。 ? ROPT:在LREAL=Auto or On時，優化控制每個核周圍的積分球內的格點數。取值：實數數組For LREAL=On PREC=Low, 700 points in the real space sphere (ROPT=0.67) PREC=Med, 1000 points in the real space sphere (ROPT=1.0) PREC=High, 1500 points in the re

11、al space sphere (ROPT=1.5)For LREAL=Auto PREC=Low, accuracy 10-2 (ROPT=0.01) PREC=Med, accuracy 2*10-3 (ROPT=0.002) PREC=High accuracy 2*10-4 (ROPT=2E-4) ? NELM, NELMIN and NELMDL：控制電子自洽循環步數。取值：整數NELM：電子自洽循環最大次數。缺省值：60NELMIN：電子自洽循環最小次數。缺省值：2NELMDL：弛豫次數。缺省值：if ISTART=0, INIWAV=1, and IALGO=8，-5，if IS

12、TART=0, INIWAV=1, and IALGO=48，-12，else 0NELMDL可以取負值。如果初始波函數采用隨機賦值，即ISTART=0，INIWAV=1，那么很可能開始的值比較離譜，那么在第一步核運動循環之前采用NELMDL（負值）步的非自洽（保留初始的H）步計算將減少計算所需的時間。 ? EDIFF：指定電子自洽循環的全局中斷條件，用于控制收斂精度。取值：實數，缺省值：10-4注意，即使EDIFF=0，NELM步電子自洽循環也會執行。 ? EDIFFG：指定離子弛豫循環的中斷條件，用于控制核運動的收斂精度。取值，實數，缺省值：10*EDIFFEDIFFG>0在兩個離子

13、步的總自由能之差小于EDIFFG時停止EDIFFG<0在所有的力都小于EDIFFG時停止。EDIFFG=0在NSW步弛豫后停止此參數不支持MD，僅用于弛豫。 ? NSW：給出最大離子步數。取值：整數，缺省值：0。 ? NBLOCK，KBLOCK：取值：整數，缺省值：NBLOCK = 1，KBLOCK = NSW在NBLOCK離子步后對成對相關函數和DOS進行計算，并且把離子配置寫入XDATCAR文件。在KBLOCK*NBLOCK步主循環后平均的成對相關函數和DOS被寫入PCDAT和DOSCAR文件。 ? IBRION：決定離子怎樣更新和運動。取值：-13，58（-1-無更新，0-MD，1

14、-RMM-DIIS，2-共軛梯度算法，3-Damped MD，5,6：有限差分，7,8：密度函數擾動理論），缺省值：if NSW=0/1，-1，else 0這個參數是和ISIF, IALGO/ALGO一起決定怎么算的最重要的參數。13是三種弛豫的方法，根據ISIF決定是否固定離子位置、晶胞大小和形狀，在INCAR中必須設置參數POTIM。0是標準的ab-initio MD，不受ISIF影響，即不改變晶胞大小和形狀。58支持Hessian Matrix和phonon frequency的計算以及部分固定的MD。 ? POTIM：IBRION=0時，給出MD每步步長（fs），IBRION=13時，

15、給出最小化的度量常量。取值：實數，缺省值：IBRION=0無缺省，必須指定，IBRION=1,2,3 0.5 ? ISIF：決定是否計算應力張量以及弛豫中晶胞變化的自由度。取值：06，缺省值：if IBRION=0(MD) 0 else 2 ISIFcalculate calculate relax change change force stress tensor ions cell shapecell volume-0 yes no yes no no1 yes trace only yes no no2 yes yes yes no no3 yes yes yes yes yes4 ye

16、s yes yes yes no5 yes yes no yes no6 yes yes no yes yes7 yes yes no no yestrace only means that only the total pressure is correct ? IWAVPR：決定波函數和/或電荷密度怎樣從一個離子配置向下一個離子配置進行推測。取值：03，1013（0-無推測，1,11-用原子電荷密度進行簡單推測，2,12-二階推測，3,13-混合前兩種方法），缺省值：ifIBRION=0(MD),1,2(relaxation) 2 else(靜態計算) 0推測結果保存在外部文件TMPCAR

17、中，取值+10則全部使用內存，不保存此文件。 ? ISYM：決定是否使用對稱性。取值：-13（-1,0-不使用，1,2,3-使用），缺省值：if使用US-PP 1，if使用PAW 2ISYM=2使用一種效率更高也更節省內存的電荷密度對稱性，ISYM=3時僅考慮力和應力張量的對稱性，而電荷密度是非對稱的。 ? SYMPREC：決定POSCAR文件中給出的位置的精度。取值：實數，缺省值：10-5 ? LCORR：決定是否對非完全自洽計算中的力進行Harris修正。取值：.TRUE./.FALSE.，缺省值：.TRUE. ? TEBEG, TEEND：控制從頭分子動力學計算中的起始溫度和最終溫度（M

18、D有效）。取值：實數，缺省值：TEBEG = 0 TEEND = TEBEG注意VASP的溫度定義與實際溫度有細微的差別，所以TEBEG=T×(N-1)/N，T為實際要求的溫度，N為原子數。 ? SMASS：控制從頭MD中的速度。取值：-30，缺省值：-3微正則系綜（總自由能不變），-2保持初速度不變，-1每NBLOCK步調整速度，來保證動能連續，>=0 Nosé算法模擬正則系綜 ? NPACO：成對相關函數的槽數。取值：整數，缺省值：256? APACO：成對相關函數求值中的最大距離（?）。取值：整數，缺省值：16簡單說就是在不超過APACO的NPACO個距離上求成

19、對相關函數PCF。 ? RWIGS：給出Wigner-Seitz半徑，DOS計算用。取值：實數數組，缺省值：從POTCAR文件中讀取 ? NELECT：總電子數，如果系統不是電中性的就必須設置，所帶電荷作為均一的背景電子氣考慮。取值：實數，缺省值：-（價電子數），由POSCAR和POTCAR文件自動決定（通常不必給出）。 ? NUPDOWN上下自旋成分間的電子數之差。取值：整數，缺省值：未設置（此時將進行完全弛豫） ? EMIN, EMAX：DOS求值的最小/最大能量。取值：實數，缺省值：EMIN = - (lowest KS-eigenvalue -)，EMAX = - (highest K

20、S-eigenvalue -) ? ISMEAR：決定每個波函數的部分占位fnk如何設置。取值：-5 | -4 | -3 | -2 | 0 | N（-5-帶有Blochl修正的四面體方法, -4-不帶Blochl修正的四面體方法, -3-根據INCAR文件中提供的smearing參數執行循環，-2-從WAVECAR文件中讀取, -1-Fermi-smearing, 0-Gaussian smearing, >0-method of Methfessel-Paxton orderN，缺省值：1采用部分占位波函數，用一個函數來平滑積分，尤其是對于金屬體系可減少k點。 ? SIGMA：決定sm

21、earing的寬度（eV）。取值：實數，缺省值：0.2 ? ALGO：指定電子最小化算法。取值：Normal(blocked Davidson block iteration scheme)/VeryFast(RMM-DIIS)/Fast (前兩個算法的混合)/All(波函數的所有帶同時更新)/ Damped(damped velocity friction algorithm)，缺省值: Normal ? IALGO：指定主算法（整數選擇算法）。取值：8(共軛梯度算法)/38(Davidson block iteration scheme)/48(RMM-DIIS)，缺省值：38算法是最重要

22、的參數之一。一般VASP推薦使用的是以上三種算法，一般來說8/38是初期比較快收斂，在接近平衡時采用48較快，在初期或MD時使用48可能會遇到不收斂的情況。也可以使用ALGO參數來替代IALGO，設置Fast，VASP會先用38，再自動切換到48。各種算法只要收斂，結果應該一致。另一個可能有用的選項是-1。不進行實際的計算，只對重要的步驟做計算測試，并將測試得到的各部分耗時輸出到OUTPUT中。 ? VOSKOWN：決定是否使用VWN插值算法。取值：0(不使用)/1(使用)，缺省值：0如果使用了PW91泛函或需要計算磁性質時可以設為1使用。 ? Mixing-tags：w IMIX：混合的類型

23、，取值：整數，缺省值：4w AMIX：線性混合參數。取值：實數，缺省值：0.8（US-PP），0.4（PAW）w AMIN：最小混合參數。取值：實數，缺省值：0.1w BMIX：Kerker混合方案的截斷波向量。取值：實數，缺省值：1.0w AMIX_MAG：磁化過程的線性混合參數。取值：實數，缺省值：1.6w BMIX_MAG：磁化過程的Kerker混合方案的截斷波向量。取值：實數，缺省值：1.0w WC：Broyden混合方案中每步的加權因子。取值：實數，缺省值：1000.0w INIMIX：Broyden混合方案中的初始混合類型。取值：整數，缺省值：1w MIXPRE：Broyden混合

24、方案中的預處理類型。取值：整數，缺省值：1w MAXMIX：Broyden混合器中存儲的最大步數。取值：整數，缺省值：-45值得注意的是，在MD或者弛豫的時候，設置MAXMIX（>0,一般約3倍的電子SC步數）可能會大大減少核運動步數，但同時也會增加對內存的要求。 ? LWAVE,LCHARG：決定是否把波函數（或電荷密度）寫入外部文件WAVECAR（或CHGCAR和CHG）中。取值：.TRUE./.FALSE.，缺省值：.TRUE. ? LVTOT：決定是否把總局域勢寫入外部文件LOCPOT中。取值：.TRUE./.FALSE.，缺省值：. FALSE. ? LELF：決定是否創建EL

25、FCAR文件。取值：.TRUE./.FALSE.，缺省值：. FALSE.ELFCAR用于保存ELF(electron localization function)。 ? LORBIT：和適當的RWIGS一起決定是否創建PROCAR或PROOUT文件。取值：0 | 1 | 2 | 5 | 10 | 11 | 12，缺省值：0(創建DOSCAR和PROCAR文件) ? NPAR：用于控制VASP切換到帶間并行模式。取值：整數，缺省值：總節點數。每一個節點計算一個帶，可以提高并行效率，減少通訊量，但可能會大幅增加內存的需求。 ? NBANDS：給出計算中實際的總能帶數。取值：整數，缺省值：NELE

26、CT/2+NIONS/2（非自旋），0.6*NELECT + NMAG（自旋）NBANDS的取值應使計算中包含相當數量的空帶。因為計算需要大量的空帶，至少要求1個空帶（否則VASP會給出警告）。NBANDS對于解決內存需求非常重要。一般NBANDS在NELECT/2+NIONS/2以上可以得到較為精確的結果，但如果內存不夠就只能減少NBANDS，在犧牲精度和體系大小之間平衡了。POTCAR文件贗勢文件，最重要的輸入文件之一。可以理解為分子力學模擬中的力場文件，但包含的信息更多。VASP將各元素優化的INCAR里的參數也包含在該文件中，作為支持PREC的缺省選擇。通常各元素的POTCAR文件已經

27、包含在VASP軟件包中的贗勢庫里了，用戶需要做的是確定自己具體需要哪幾種贗勢，然后按照POSCAR文件里的順序，將所選擇的POTCAR文件按順序連接起來就可以了。如以下命令：cat file1 file2 file3 > POTCAR 贗勢庫中的贗勢文件可以分為以下幾類：l 根據產生方法的不同有Ultra-soft贗勢（USPP）和投影擴充波贗勢（PAW）；l 根據交換關聯函數的不同有LDA（local density approximation）和GGA（generalized gradient approximation，又可以再分為PW91和PBE）；l 根據半芯態的不同元素A的贗

28、勢文件還可以分為A，A_sv和A_pv；l 根據選取的不同截斷能量（ENMAX）元素A的贗勢文件還可以分為A，A_s和A_h。 VASP的贗勢文件放在目錄/vasp/potentials下，該目錄又包含五個子目錄：pot，pot_GGA，potpaw，potpaw_GGA，potpaw_PBE，其中每個子目錄對應一種贗勢形式：pot => PP, LDA；pot_GGA => PP, GGA；potpaw => PAW, LDA；potpaw_GGA => PAW, GGA, PW91；potpaw_PBE => PAW, GGA, PBE。每個目錄中每種元素根據

29、截斷能量和半芯態的不同還會有多個對應的贗勢文件存在。在具體選取時可以參考各版本同目錄下的V_RHFIN和PSCTR文件，這兩個文件說明了該版本的贗勢是如何生成的。 選好所要使用的贗勢之后，進入對應的目錄，會看到里面有四個文件：POTCAR.Z，PSCTR.Z，V_RHFIN.Z和WS_FTP.LOG。現在需要用到的是第一個，把各元素的該文件解壓（zcat POTCAR.Z > file），然后用cp或mv命令把這些文件移到工作目錄里，再用cat命令把它們合并到POTCAR中，就得到了我們需要的POTCAR。注意要記住這里元素的排列順序，以后在POSCAR文件中各元素的排列就是按照這個順序

30、。 POSCAR文件位置文件。描述所計算體系的晶胞參數、原子個數及晶胞中原子的位置，以及分子動力學計算時原子的初始速度。POSCAR文件示例：Si-fcc5.430.0 0.50 0.500.50 0.00 0.500.50 0.50 0.002Direct0.0 0.00 0.000.25 0.25 0.25 POSCAR文件的結構：第1行：任意文字注釋。第2行：晶格常數（?），也是晶矢的縮放系數，后面所有長度值得自原值除以此值。a=b=c時取a即可，否則一般取三者最大值，若取負值，則為晶胞體積（?3）。第3-5行：定義晶矢。第6行：每種元素的原子個數，特別注意順序,要與下面的坐標順序以及P

31、OTCAR中的順序一致。第7行：可省略，無需空行。做動力學時，用于指定是否需要固定部分原子的坐標。若是，此行以S或者s作為首字母即可。第8行開始為原子的坐標位置，格式為option linecoordinate1 of element1coordinate2 of element1.coordinateN of element1option linecoordinate1 of element2coordinate2 of element2.coordinateM of element2.其中，option line指定輸入坐標的格式，除了第一個以外，如果后面的輸入格式同前，則都可以無空行省略

32、。option line可指定的輸入坐標格式有兩種：Dordfor direct modeCorcorKorkfor cartesian mode顧名思義，前者是定義在三個晶矢方向上的坐標：R=R1×x+ R2×y +R3×z，R1,R2,R3為前面的晶矢，x,y,z為輸入的三個坐標，R為原子坐標位矢，是相對于晶矢給出的，而后者則是以笛卡爾坐標系來給出原子的絕對坐標，實際就是將直角坐標除以前面第二行定義的晶胞常數后得到的坐標值。如果第7行設定為S(Selective Dynamic)，則可以用以下形式定義各坐標是否可以移動：Selective dynamicsCa

33、rtesian0.00 0.00 0.00 T T F0.25 0.25 0.25 F F FKPOINTS文件設置布里淵區k點網格取樣大小或能帶結構計算時沿高對稱方向的k點。一般來說，k點越密越多，計算精度也就越高，但計算成本也會越高。因此，對于原子數較多的體系的計算，需要謹慎的嘗試k點數目，在避免或者預先評估wrap-around error的前提下盡量減少k點數目。 KPOINTS文件示例：k-points along high symmetry lines11Reciprocal0.00 0.00 0.00 1.000.05 0.00 0.05 1.000.05 0.00 0.50 1

34、.00 KPOINTS文件結構：第1行：注釋行。第2行：k點總數，或者0（自動生成網格（Automatic k-mesh generation）。如果是前者，給出k點總數，又分為兩種情況：M：全手動（Entering all k-points explicitly），手動輸入即自定義各個k點的坐標和權重，推薦只在能帶計算時使用。此時：第3行：輸入格式標識。直角坐標（Cartesian）或倒易坐標（Reciprocal）。同樣的，c、C、k、Kfor Cartesian，其他首字母則自動切換到Reciprocal。第4n行:逐個k點的坐標描述。格式為“x y z W”。其中“x y z”是該點的三個坐標，W是權重。所有k點的權重相互之間的比例對了就行，VASP會自動歸一的。注意C坐標和R坐標的定義：C：k=(2/a)(x y z)R：k=x*b1+y*b2+z*b3（b1-b3為倒易晶矢）這里“x y z”只是代表了坐標的順序，與坐標軸