1. VASP 的光學性質計算及 vaspkit 的安裝與使用
使用的軟體:VASP, Origin, SshClient, vaspkit.0.51
在完成結構優化和靜態計算後,拷貝 scf 文件夾為 optic
編輯 optic 文件夾下 INCAR
提交作業,計算完成後,可查看 OUTCAR 文件,有計算得出介電常數 (Dielectric constant) 的實部和虛部。
使用 vaspkit 程序對計算結果進行處理。
輸入命令 opt 產生 REAL.IN 和 IMAG.IN 文件,依次輸入命令 kit 和 51 ,屏幕顯示如下
輸出文件 ABSORB.dat,REFRACTIVE.dat,REFLECTIVITY.dat,EXTINCTION.dat 和 ENERGYLOSSSPECTRUM.dat,依次為 absorption coefficient, refractive coefficient, reflectivity coefficient, extinction coefficient and energy-loss function。導出使用 Origin 作圖即可。
附: 相關光學性質計算公式
2. vasp 如何查看不用任務腳本運行的命令
如果你的vasp是串列的,就輸入vasp。(更好的方法是vasp > output &,這個命令可以把屏幕上顯示的東東保存到output文件里)
如果是並行的,就輸入mpirun -np * vasp。那個*是你想用的cpu的core的數量。當然,也可以和上面一樣把結果保存到output文件里
3. VASP里的幾個能量怎麼區別
當你的ISMEAR=-5時,這2個是相等的TOTEN不就是tot energy嗎?你可以用命令:grep 『TOTEN』 OUTCAR查看你得到的能量。當ISMEAR不是等於-5時,Free energy TOTEN 與他就有差別。在計算體系的結合能時,體系的總能取為energy without entropy後的值。查看體系的費米能級,用命令:
grep 『Fermi energy: |tail -1
而OSZICAR是每次迭代或離子移動情況的簡單匯總。
參考資料:http://emuch.net/html/201011/2618408.html
4. vasp常用命令clc
你問的是vasp常用命令clc是用來做什麼的吧,用來清除命令窗口的內容。
clc命令是用來清除命令窗口的內容,這點不用多說。不管開啟多少個應用程序,命令窗口只有一個,所以clc無論是在腳本m文件或者函數m文件調用時,clc命令都會清除命令窗口的內容。
計算機指令就是指揮機器工作的指示和命令,程序就是一系列按一定順序排列的指令,執行程序的過程就是計算機的工作過程。
5. VASP計算能帶反折疊
本來一開始打算用QE來算的,結果QE新版本banp都不支持,banppy例子都報錯無語子,還是VASP吧。
他這里給了四步作為參考,但是實際上主要就是跑一個均勻網格點的自洽,和一個高對稱點上的非自洽,然後做反折疊
首先第一步得到超胞CHGCAR
輸入文件參考BANDUP的example的第一步,提交任務之後得到 CHGCAR 。
然後第二步主要是為了得到超胞非自洽計算的K點路徑,這一步需要分別給出單胞和超胞的晶格坐標文件 prim_cell_lattice.in 與 supercell_lattice.in 。還有單胞的高對稱K點路徑
命令是 banp kpts-sc-get -no_symm_avg
這一步會生成 KPOINTS_supercell.out 文件後面會用到。
-no_symm_avg 這個標簽是為了減少需要計算的k點個數,減小計算量和WAVECAR大小。
然後是第三步
這一步利用前面第一步生成的電荷密度來計算高對稱點的波函數
INCAR為
ln -s ../step_1/CHGCAR CHGCAR
POSCAR POTCAR與第一步的一樣,K點從第二步那個復制過來
cp ../step_2_*/KPOINTS_supercell.out KPOINTS
然後提交任務得到波函數WAVECAR
第四步就要開始做能帶反折疊了,這一步其實就是一句命令,但是例子沒有給它是怎麼設置前邊得到的波函數的信息的。這句命令是
會生成一個 unfolded_EBS_not-symmetry_averaged.dat 文件,畫出來就行了。
Quantum Espresso 其實步驟也是差不多的,不同的地方主要在於首先banp讀取波函數的方式還是QE老的格式,QE在6.4開始採用了全新的存儲方式,在此之前的版本也必須編譯的時候加上一個標簽
configure --disable-xml
而之後的版本有一個人開發了 banppy 聲稱能夠解決問題,我還沒試過。
另外不同的地方就在於第四步需要加一個指定prefix和outdir的標簽
6. VASP的能帶計算與繪圖
使用的軟體:VASP, Origin, EidtPlus
輔助分析計算的小程序: gk.x, pbnf.x
建立opt文件夾,編輯以下文件:
導入在 Materials Studio 中轉換的坐標信息
導入贗勢庫中的原子信息,例:GeS
如果是集群,還需提交作業的腳本 vasp.job 如下
提交作業
計算結束後, cat out 查看體系是否收斂,如收斂則進入下一步計算。
在 opt 文件夾下建立 scf 文件夾,編輯以下文件
提交作業,產生WAVECAR進行下一步計算
在 opt 文件夾下拷貝建立 band 文件夾
編輯 band 下文件
實坐標與虛坐標通過命令 lv 得到,費米能級通過命令 f 得到,高對稱點可查閱 參考文獻 選取。
輸入命令 gk 獲取KOINTS文件,若文件後有多行零,則刪去,且第二行數據減去相應刪去行數。
提交作業,計算結束後生成 EIGENVAL 文件,輸入命令 pb 得到能帶數據文件 bnd.dat 和 highk.dat,將數據導入Origin繪圖。
將能帶數據文件 bnd.dat 和 highk.dat 導入Origin, 前兩列為 bnd.dat 數據,後兩列為 highk.dat 數據,格式如圖,可使用 EditPlus 進行數據編輯。
7. vasp運行中斷,出現unknown怎麼回事
1.檢查下你的POSCAR是否有問題。
2.在你的INCAR中設置NPAR=4,再輸入運行命令 vasp -np 16 如果你的核是64的話,就NPAR=8 vasp -np 16
3.參考別人的makefile 重新編譯下vasp 特別注意數學庫的指向 然後就是檢查你的並行編譯器,ifort是否有問題,
4.在bashrc中加入ulimit -s unlimited
最後,按照我的理解,最可能是POSCAR有問題。畢竟你肯定做過其他的運算都沒問題,最好就看看運行日誌,找找錯誤提示。按錯誤提示修改就沒問題了,如果是體系過大的話,就應該在設置INCAR中 IAMIN=0.01
8. vaspkit怎麼導出incar
根據已經得到的MS建立POSCAR文件,在POSCAR所在目錄下輸入命令,輸入1,即可進入VASP輸入文件選項,1. INCAR從VASP輸入文件選項中可以發現,輸入101即可得到INCAR文件,接下來輸入SR,就得到了INCAR文件。.KPOINTS如果不知道該怎樣選擇,那麼較為穩妥的選擇是輸入2,從VASP輸入文件選項中可以發現輸入102即可得到INCAR文件,根據提示,0.03-0.04足夠精確,出現Written KPOINTS File,說明KPOINTS文件已經創建完成。
對於之後的一段信息,表明POTCAR文件沒有裝好。
9. VASP 計算問題小結
第一性原理其實是包括基於密度泛函的從頭算和基於Hartree-Fock自洽計算的從頭算,前者以電子密度作為基本變數(霍亨伯格-科洪定理),通過求解Kohn-Sham方程,迭代自洽得到體系的基態電子密度,然後求體系的基態性質;後者則通過自洽求解Hartree-Fock方程,獲得體系的波函數,求基態性質
DFT中密度泛函的Functional, 包括LDA,GGA,雜化泛函等等
在處理計算體系中原子的電子態時,有兩種方法,一種是考慮所有電子,叫做全電子法,比如WIEN2K中的FLAPW方法(線性綴加平面波);此外還有一種方法是只考慮價電子,而把芯電子和原子核構成離子實放在一起考慮,即贗勢法,一般贗勢法是選取一個截斷半徑,截斷半徑以內,波函數變化較平滑,和真實的不同,截斷半徑以外則和真實情況相同,而且贗勢法得到的能量本徵值和全電子法應該相同。
贗勢包括模守恆和超軟,模守恆較硬,一般需要較大的截斷能,超軟勢則可以用較小的截斷能即可。另外,模守恆勢的散射特性和全電子相同,因此一般紅外,拉曼等光譜的計算需要用模守恆勢。
贗勢的測試標准應是贗勢與全電子法計算結果的匹配度 ,而不是贗勢與實驗結果的匹配度,因為和實驗結果的匹配可能是偶然的。
一般何時考慮自旋呢?舉例子,例如BaTiO3中,Ba、Ti和O分別為+2,+4和-2價,離子全部為各個軌道滿殼層的結構,就不必考慮自旋了;對於BaMnO3中,由於Mn+3價時d軌道還有電子,但未滿,因此需考慮Mn的自旋,至於Ba和O則不必考慮。其實設定自旋就是給定一個原子磁矩的初始值,只在剛開始計算時作為初始值使用,具體的可參照磁性物理。
包括很多種了,比如晶格常數和原子位置同時優化,只優化原子位置,只優化晶格常數,還有晶格常數和原子位置分開優化等等。在PRL一篇文章中見到過只優化原子位置,晶格常數用實驗值的例子(PRL 100, 186402 (2008));也見到過晶格常數先優化,之後固定晶格常數優化原子位置的情況;更多的情況則是Full geometry optimization。
一般情況下,也有不優化幾何結構直接計算電子結構的,但是對於缺陷形成能的計算則往往要優化。
軟體大致分為基於平面波的軟體,如CASTEP、PWSCF和ABINIT等等,計算量大概和體系原子數目的三次方相關;還有基於原子軌道線性組合的軟體(LCAO),比如openmx,siesta,dmol等,計算量和體系原子數目相關,一般可模擬較多原子數目的體系。
VASP是使用贗勢和平面波基組,進行從頭量子力學分子動力學計算的軟體包,它基於CASTEP 1989版開發。VAMP/VASP中的方法基於有限溫度下的局域密度近似(用自由能作為變數)以及對每一MD步驟用有效矩陣對角方案和有效Pulay混合求解瞬時電子基態。這些技術可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切問題,而後者是基於電子、離子運動方程同時積分的方法。離子和電子的相互作用超緩Vanderbilt贗勢(US-PP)或投影擴充波(PAW)方法描述。兩種技術都可以相當程度地減少過渡金屬或第一行元素的每個原子所必需的平面波數量。力與張量可以用VAMP/VASP很容易地計算,用於把原子衰減到其瞬時基態中。
我們平時最常用的研究方法是做單點能計算,結構優化、從頭計算的分子動力學和電子結構相關性質的計算。一般我們的研究可以按照這樣的過程來進行
跟其它軟體類似,VASP具有單點能計算的功能。也就是說,對一個給定的固定不變的結構(包括原子、分子、表面或體材料)能夠計算其總能,即靜態計算功能。
單點能計算需要的參數最少,最多隻要在 KPOINTS 文件中設置一下合適的K點或者在 INCAR 文件中給定一個截斷能 ENCUT 就可以了。還有一個參數就是電子步的收斂標準的設置 EDIFF,默認值為 EDIFF=1E-4,一般不需要修改這個值。
具體來說要計算單點能,只要在 INCAR 中設置 IBRION=-1 也就是讓離子不移動就可以了。
結構優化又叫結構弛豫 (structure relax) ,是指通過對體系的坐標進行調整,使得其能量或內力達到最小的過程,與動力學退火不同,它是一種在0K下用原子間靜力進行優化的方法。可以認為結構優化後的結構是相對穩定的基態結構,能夠在實驗之中獲得的幾率要大些(當然這只是理論計算的結果,必須由實驗來驗證)。
一般要做弛豫計算,需要設置弛豫收斂標准,也就是告訴系統收斂達成的判據 (convergence break condition) ,當系統檢測到能量變化減小到一個確定值時例如 EDIFFG=1E-3 時視為收斂中斷計算,移動離子位置嘗試進行下一步計算。EDIFFG 這個值可以為負,例如 EDIFFG=-0.02 ,這時的收斂標準是當系統發現所有離子間作用力都小於給定的數值,如 0.02eV/A 時視為收斂而中斷。
弛豫計算主要有兩種方式:准牛頓方法(quasi-Newton RMM-DIIS)和共軛梯度法(CG)兩種。准牛頓方法計算速度較快,適合於初始結構與平衡結構(勢能面上全局最小值)比較接近的情況,而 CG 方法慢一些,找到全局最小的可能性也要大一些。選擇方法為 IBRION=1 時為准牛頓方法而 IBRION=2 時為 CG 方法。
具體來說要做弛豫計算,設置 IBRION=1 或者 2 就可以了,其它參數根據需要來設置。NSW 是進行弛豫的最大步數,例如設置 NSW=100,當計算在 100 步之內達到收斂時計算自動中斷,而 100 步內沒有達到收斂的話系統將在第 100 步後強制中止(平常計算步數不會超過 100 步,超過 100 步可能是計算的體系出了問題)。參數通常可以從文獻中發現,例如收斂標准 EDIFFG 等。
有的時候我們需要一些帶限制條件的弛豫計算,例如凍結部分原子、限制自旋的計算等等。凍結部分原子可以在 POSCAR 文件中設置 selective dynamic 來實現。自旋多重度限制可以在 INCAR 中以 NUPDOWN 選項來設置。另外 ISIF 選項可以控制弛豫時的晶胞變化情況,例如晶胞的形狀和體積等。
費米面附近能級電子分布的 smearing 是一種促進收斂的有效方法,可能產生物理意義不明確的分數占據態情況,不過問題不大。在 INCAR 文件中以 ISMEAR 來設置。一般來說 K 點只有一兩個的時候採用 ISMEAR=0,金屬體材料用 ISMEAR=1 或 2 ,半導體材料用 ISMEAR=-5 等等。不過有時電子步收斂速度依然很慢,還需要設置一些演算法控制選項,例如設置 ALGO=Very_Fast,減小真空層厚度,減少 K 點數目等。
弛豫是一種非常有效的分析計算手段,雖然是靜力學計算但是往往獲得一些動力學得不到的結果。
vasp 做分子動力學的好處,由於vasp是近些年開發的比較成熟的軟體,在做電子 scf 速度方面有較好的優勢。缺點:可選系綜太少。盡管如此,對於大多數有關分子動力學的任務還是可以勝任的。主要使用的系綜是 NVT 和 NVE。一般做分子動力學的時候都需要較多原子,一般都超過100個。當原子數多的時候,k點實際就需要較少了。有的時候用一個k點就行,不過這都需要嚴格的測試。通常超過200個原子的時候,用一個k點,即 Gamma 點就可以了。
結構弛豫的判據一般有兩中選擇:能量和力。這兩者是相關的,理想情況下,能量收斂到基態,力也應該是收斂到平衡態的。但是數值計算過程上的差異導致以二者為判據的收斂速度差異很大,力收斂速度絕大部分情況下都慢於能量收斂速度。這是因為力的計算是在能量的基礎上進行的,能量對坐標的一階導數得到力。計算量的增大和誤差的傳遞導致力收斂慢。
到底是以能量為收斂判據,還是以力為收斂判據呢?關心能量的人,覺得以能量為判據就夠了;關心力相關量的人,沒有選擇,只能用力作為收斂標准。對於超胞體系的結構優化,文獻大部分採用 Gamma 點做單點優化。這個時候即使採用力為判據 (EDIFFG=-0.02),在做靜態自洽計算能量的時候,會發現,原本已經收斂得好好的力在不少敏感位置還是超過了結構優化時設置的標准。這個時候,是不是該懷疑對超胞僅做 Gamma 點結構優化的合理性呢?是不是要提高K點密度再做結構優化呢。
在我看來,這取決於所研究的問題的復雜程度。我們的計算從原胞開始,到超胞,到摻雜結構,到吸附結構,到反應和解離。每一步都在增加復雜程度。結構優化終點與初始結構是有關的,如果遇到對初始結構敏感的優化,那就頭疼了。而且,還要注意到,催化反應不僅與原子本身及其化學環境有關,還會與幾何構型有關。氣固催化反應過程是電子的傳遞過程,也是分子拆分與重新組合的過程。如果優化終點的構型不同,可能會導致化學反應的途徑上的差異。僅從這一點來看,第一性原理計算的復雜性,結果上的合理性判斷都不是手冊上寫的那麼簡單。
對於涉及構型敏感性的結構優化過程,我覺得,以力作為收斂判據更合適。而且需要在 Gamma 點優化的基礎上再提高 K 點密度繼續優化,直到靜態自洽計算時力達到收斂標準的。
結構優化,或者叫弛豫,是後續計算的基礎。其收斂性受兩個主要因素影響:初始結構的合理性和弛豫參數的設置
初始結構
初始結構包括原子堆積方式,和自旋、磁性、電荷、偶極等具有明確物理意義的模型相關參數。比如摻雜,表面吸附,空位等結構,初始原子的距離,角度等的設置需要有一定的經驗積累。DFT計算短程強相互作用(相對於范德華力),如果初始距離設置過遠(如超過4埃),則明顯導致收斂很慢甚至得到不合理的結果。
比較好的設置方法可以參照鍵長。比如CO在O頂位的吸附,可以參照CO2中C-O鍵長來設置(如增長20%)。也可以參照文獻。記住一些常見鍵長,典型晶體中原子間距離等參數,有助於提高初始結構設置的合理性。實在不行,可以先在小體繫上測試,然後再放到大體系中算。
弛豫參數
弛豫參數對收斂速度影響很大,這一點在計算工作沒有全部鋪開時可能不會覺察到有什麼不妥,反正就給NSW設置個「無窮大」的數,最後總會有結果的。但是,時間是寶貴的,恰當的設置3小時就收斂的結果,不恰當的設置可能要一個白天加一個黑夜。如果你趕文章或者趕著畢業,你就知道這意味這什麼。
結構優化分 電子迭代 和 離子弛豫 兩個嵌套的過程。電子迭代自洽的速度,有四個響很大的因素:初始結構的合理性,k點密度,是否考慮自旋和高斯展寬(SIGMA);離子弛豫的收斂速度,有三個很大的影響因素:弛豫方法(IBRION),步長(POTIM)和收斂判據(EDIFFG)。
一般來說,針對理論催化的計算,初始結構都是不太合理的。因此一開始採用很粗糙的優化(EDIFF=0.001,EDIFFG=-0.2),很低的K點密度(Gamma),不考慮自旋就可以了,這樣NSW<60的設置就比較好。其它參數可以默認。
經過第一輪優化,就可以進入下一步細致的優化了。就我的經驗,EDIFF=1E-4,EDIFFG=-0.05,不考慮自旋,IBRION=2,其它默認,NSW=100;跑完後可以設置 IBRION = 1 ,減小 OPTIM(默認為0.5,可以設置0.2)繼續優化。
優化的時候讓它自己悶頭跑是不對的,經常看看中間過程,根據情況調節優化參數是可以很好的提高優化速度。這個時候,提交兩個以上的任務排隊是好的方式,一個在調整的時候,下一個可以接著運行,不會因為停下當前任務導致機器空閑。
無論結構優化還是靜態自洽,電子步的收斂也常常讓新手頭痛。如果電子步不能在40步內收斂,要麼是參數設置的問題,要麼是初始模型太糟糕(糟糕的不是一點點)。
靜態自洽過程電子步不收斂一般是參數設置有問題。這個時候,改變迭代演算法(ALGO),提高高斯展寬(SIGMA增加),設置自洽延遲(NELMDL)都是不錯的方法。對於大體系比較難收斂的話,可以先調節AMIN,BMIX跑十多步,得到電荷密度和波函數,再重新計算。實在沒辦法了,可以先放任它跑40步,沒有收斂的跡象的話,停下來,得到電荷密度和波函數後重新計算。一般都能在40步內收斂。
對於離子弛豫過程,不調節關系也不大。開始兩個離子步可能要跑滿60步(默認的),後面就會越來越快了。
總的說來,一般入門者,多看手冊,多想多理解,多上機實踐總結,比較容易提高到一個熟練操作工的水平。
如果要想做到「精確打擊」,做到能在問題始發的時候就立刻採取有效措施來解決,就需要回歸基礎理論和計算方法上來了。
原子吸附問題不大,但是小分子吸附,存在初始構型上的差異。slab上水平放置,還是垂直放置,可能導致收斂結果上的差異。根據H-K理論,理想情況下,優化得到的應該是全局最小,但在數值計算的時候可能經常碰到不是全局最小的情況。實際操作中發現,多個不同初始結構優化收斂後在能量和結構上存在一定差異。
為了加快收斂速度,特別是對於表面-分子吸附結構,初始放鬆約束,比如EDIFF=1E-3,EDIFFG=-0.3,NSW=30可能是很好的設置。但是下面的情況應當慎重:
電子步收斂約束較小,而離子步約束偏大,離子步數又很多,這種情況下,可能導致的結果是結構弛豫到嚴重未知的區間。
再在這個基礎上提高約束來優化,可能就是徒勞的了——結果不可逆轉的偏向不正常的區間。
好的做法,是對初始結構做比較鬆弛的約束,弛豫離子步NSW應該限制在一個較小的數值內。EDIFF=1E-3的話,EDIFFG也最好是偏大一些,如-0.3而不是-0.1. 這樣可以在較少的步數內達到初步收斂。
對於遠離基態的初始結構,一開始在非常鬆弛的約束下跑若干離子步,時間上帶來的好處是很大的。對於100個原子的體系用vasp做Gamma點優化,如果一開始就是正常優化(EDIFF=1E-4,EDIFFG=-0.02)設置,開始十個離子步可能都要花上幾個小時。如果這個時候才發現輸入文件有錯誤,那下午的時間就白費了,順便帶上晚上機器空轉。
所以,我習慣的做法,是在初始幾步優化後,會用 xcrysden 檢查一下 XDATCAR 中的數據,用 xdat2xyz.pl 生成 movie.xyz,然後看看弛豫過程是不是按照設想的那樣。後續過程跑完一個收斂過程,就再檢查一下movie.xyz。如此這般,才放心的展開後續計算。
結構優化到這個階段,是高級的了。為了得到特定結構,或者為了驗證某些猜想,需要設計合理的初始結構,然後在這個基礎上小心優化,比如 POTIM=0.1 跑幾步看看,然後修改優化參數。
我遇到過的一件跟結構優化關系很大的算例是 CeO2 氧空位結構電子局域的問題 。按照一般方式(從優化好的bulk建slab模型,然後優化)得到一個O空位留下的兩個電子均勻局域到O次外層三個Ce原子上,得到空位形成能2.34eV.經高人指點後,調節空位附近O原子位置,打破對稱性後重新優化,兩個電子完美的局域到兩個Ce原子上了。並且空位形成能降低到2.0X eV。從這個例子可以看到,結構優化存在不少技巧的,這些技巧建立在研究者對模擬對象的物理意義的理解上。對物理圖像的直觀深入理解,才能做好模型預設,在此引導下才可能有目的的優化出不比尋常的結果。
目前第一性原理理論中的交換關聯泛函部分包含經驗參數。考慮這一點對優化結果的影響也很有意思。比如有專家提到,DFT+U參數對某些結構的收斂終態構型有影響。構型的變化可能影響表面反應過程。基於這一點,一個好的計算研究可能就出來了。
真實過程總是復雜多變的。無論何種模擬,估計都可以找到一些試驗現象來驗證。但是到底應該如何評判模擬結果,如何從第一性原理研究中得出有意義的結論需要很好的洞察力。這樣的模擬不見得就必須建立的試驗的基礎上,完全憑空設計的模型有可能更能優美的解釋本質。
第一個WARNING,可以在INCAR文件中設置NGX,NGY和NGZ的值,設置的值要足夠大,就可以消除這個warning。設置多大合適呢?這就要用到編譯vasp時,同時也編譯得到的make param小程序, make paramv 可以幫助你預先檢查你設置的文件是否正確,以及某些參數的值是否合適。要得到合適的NGX,NGY,NGZ以及NBANDS,先在INCAR中不設置這些參數的值,然後運行makeparam >param.inc,其中param.inc是包含了輸出結果的文件,在param.inc文件中你可以看到這些參數的值,以及計算大概需要多少的內存。然後把param.inc文件中的NGX,NGY,NGZ和NBANDS的值拷貝到INCAR文件中。
第二個是計算態密度時,我個人的做法是,一般把KPOINTS文件中的k點增多,然後把INCAR文件中的ISTART=1,ICHARG=11,當然還設置RWIGS。最後把靜止自洽計算得到的CHG和CHGCAR文件拷貝到當前目錄下。從我在單機上的計算來看,沒有WAVECAR文件也是可以計算態密度的。我想你出現的這個問題,可能是你cluster上計算時,每個節點上的CHGCAR和WAVECAR文件不一致造成的。
第三個是當k點數增加了,會出現一個WARING,要把此WARNING消失掉,在INCAR文件中設置NELMDL,它的值小於等於默認值(默認值好像是-5,你可以設為-6)。沒有cluster的系統用來計算,也沒有這樣的經歷,我僅從在單機上的計算經驗來談,有錯還請包涵。
順磁 ,意味進行 non-spin polarized 的計算,也就是 ISPIN=1。
鐵磁 ,意味進行 spin-polarized 的計算,ISPIN=2,而且每個磁性原子的初始磁矩設置為一樣的值,也就是磁性原子的 MAGMOM 設置為一樣的值。對非磁性原子也可以設置成一樣的非零值(與磁性原子的一樣)或零,最後收斂的結果,非磁性原子的local磁矩很小,快接近0,很小的情況,很可能意味著真的是非磁性原子也會被極化而出現很小的local磁矩。
反鐵磁 ,也意味著要進行 spin-polarized 的計算,ISPIN=2,這是需採用反鐵磁的磁胞來進行計算,意味著此時計算所採用的晶胞不再是鐵磁計算時的最小原胞。比如對鐵晶體的鐵磁狀態,你可以採用bcc的原胞來計算,但是在進行反鐵磁的Fe計算,這是你需要採用sc的結構來計算,計算的晶胞中包括兩個原子,你要設置一個原子的MAGMOM為正的,另一個原子的MAGMOM設置為負,但是它們的絕對值一樣。因此在進行反鐵磁的計算時,應該確定好反鐵磁的磁胞,以及磁序,要判斷哪種磁序和磁胞是最可能的反鐵磁狀態,那隻能是先做好各種可能的排列組合,然後分別計算這些可能組合的情況,最後比較它們的總能,總能最低的就是可能的磁序。同樣也可以與它們同鐵磁或順磁的進行比較。了解到該材料究竟是鐵磁的、還是順磁或反鐵磁的。
亞鐵磁 ,也意味要進行 spin-polarized 的計算,ISPIN=2,與反鐵磁的計算類似,不同的是原子正負磁矩的絕對值不是樣大。非共線的磁性,那需採用專門的non-collinear的來進行計算,除了要設置ISPIN,MAGMOM的設置還需要指定每個原子在x,y,z方向上的大小。這種情況會復雜一些。
舉個例子來說,對於 Mn-Cu(001)c(2x2) 這種體系,原胞裡面有2個Mn原子,那麼你直接讓兩個Mn原子的MAGMOM的絕對值一樣,符號相反就可以了,再加上ISPIN=2。這樣就可以實現進行反鐵磁的計算了。
答:OSZICAR中得到的磁矩是OUTCAR中最後一步得到的總磁矩是相等的。總磁矩和各原子的磁矩(RMT球內的磁矩)之和之差就是間隙區的磁矩。因為有間隙區存在,不一致是正常的。
ps:由於曾使用vasp和dmol算過非周期體系磁性,結構對磁性影響非常大,因此使用這兩個程序計算的磁性要一致很麻煩。還不敢確定到底是哪個程序可能不可靠。
答:如果算磁性,全電子的結果更精確,我的一些計算結果顯示磁性原子對在最近鄰的位置時,PAW與FPLAW給出的能量差不一致,在長程時符合的很好。雖然並沒有改變定性結論。感覺PAW似乎不能很好地描述較強耦合。我試圖在找出原因,主要使用exciting和vasp做比較。計算磁性推薦使用FP-LAPW, FP-LMTO, FPLO很吸引人(不過是商業的),後者是O(N)演算法。
POTCAR 將要告訴vasp計算的系統中所包含的各種元素的贗勢 pesudopotential,vasp本身就帶有比較完善的贗勢包,我們需要做的就是選擇我們需要具體哪種贗勢,然後把相應的文件拷貝形成我們具體的POTCAR文件。我們以GaAs為例。
vasp的贗勢文件放在目錄 ~/vasp/potentials 下,可以看到該目錄又包含五個子目錄 pot pot_GGA potpaw potpaw_GGA potpaw_PBE ,其中每一個子目錄對應一種贗勢形式。
贗勢按產生方法可以分為PP (standard pesudopotential,其中大部分是USPP, ultrasoft pesudopotential) 和PAW (projector augmented wave method)。按交換關聯函數的不同又可以有LDA (local density approximation) 和GGA (generalized gradient approximation),其中GGA之下又可以再分為PW91和PBE。
以上各個目錄對應起來分別是pot -> PP, LDA ; pot_GGA -> PP, GGA ; potpaw -> PAW, LDA ; potpaw_GGA -> PAW, GGA, PW91 ; potpaw_PBE -> PAW , GGA, PBE。選擇某個目錄進去,我們還會發現對應每種元素往往還會有多種贗勢存在。這是因為根據對截斷能量的選取不同還可以分為Ga,Ga_s,Ga_h,或者根據半芯態的不同還可以分為Ga,Ga_sv,Ga_pv的不同。
一般推薦選取PAW_PBE。其中各個元素具體推薦哪種形式的贗勢可以參考vasp workshop中有關贗勢部分的ppt。當然自己能測試之後在選擇是最好不過的了,以後再聊。
選好哪一種贗勢之後,進入對應的目錄,你會看到里邊有這么幾個文件,POTCAR.Z PSCTR.Z V_RHFIN.Z WS_FTP.LOG 。我們需要的是第一個。把它解壓,如 zcat POTCAR.Z > Ga 。對As元素我們也可以類似得到一個As文件。用 cp 命令或者 mv 命令把這兩個文件都移到我們的工作目錄里。然後再用 cat 命令把這兩個文件合並在一起,如 cat Ga As > POTCAR ,這樣就得到了我們需要的 POTCAR。同理,有多個元素的 POTCAR 也可以這樣產生。這里需要注意的是,記住元素的排列順序,以後在 POSCAR 里各個元素的排列就是按著這里來的。
如果你想看POTCAR長什麼樣,可以用 vim POTCAR 命令,進去後可以用上下鍵移動游標。想出來的時候,可以敲入 :q! 就可以。具體的vim的命令可以在網上查到。一般我會看POTCAR里的截斷能量為多大,用 grep -in "enmax" POTCAR 。
據說B3LYP的贗勢計算比較准,我在MS上面測試過,好像DOS和能帶圖的計算確實比較准。不過不知道vasp有沒有類似的贗勢包。
hybrid functional 的計算,並不需要特定的 hybrid functional 的贗勢。大部分就是基於GGA-PBE的贗勢來做,也就是芯電子與價電子的交換關聯作用,以及芯電子與芯電子的交換關聯作用還是基於GGA-PBE的,只是將價電子與價電子的交換關聯作用通過hybrid functional交換關聯來描述。
內能 E(結合)= U(內能),一般情況都把孤立原子的能量作為能量參考點。前段時間有個同學問VASP中得出的絕對能量是相對於什麼的,其實就是相對孤立原子得。
我們都知道VASP的所有計算都是在絕對0度下的情況,T=0代入上式,有F=U。所以結合就等於內能等於自由能。肯定有Free energy TOTEN=energy without entropy恆成立...
這時候肯定有人會說不對啊,可以看VASP手冊,候博的參考書作證,肯定不對得。
現在我告訴你確實它們二者確實有區別,區別在下面的情況
注意 :(1)有人在算單個原子的能量時會發現單個原子的能量雖然很小但並不是0,但是按我上面的推導,固體中的結合能是相對孤立體系的能量而來的,所以單個原子得到的TOTEN肯定是0啊,原因在於我們的POTCAR不可能絕對合理,而且我們也知道計算單個原子的能量就是為了檢測贗勢,單原子得到的TOTEN越小說明贗勢越好。但一般不會正好是0.對這個說法我還存在點疑問,寫在了最後面。
(2)如果你注意的話,energy without entropy與Free energy TOTEN在SIGMA趨於0也不是完全相等,但是也會發現它們之間的差別在10E-3左右,原因在於計算機求積分、求極限不能像我們人一樣達到任意的精度。
計算過渡態先要擺正心態,不急於下手。步驟如下:
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