VASP自洽计算原理
VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)是一款基于密度泛函理论(DFT)的量子力学模拟软件,广泛应用于材料科学、化学、物理学等领域。其核心计算方法之一是自洽场(Self-Consistent Field, SCF)算法,解决Kohn-Sham方程,该算法通过迭代计算电子波函数和密度,直到系统达到自洽状态。

自洽计算是VASP计算中最基础也是最重要的步骤,其目的是找到电子波函数和相应的总能量,使得电子在晶胞中的分布达到自洽。自洽计算通常包括电荷密度的初始化、波函数的迭代优化以及能量和力的计算。
准备工作
VASP计算需要准备超算连接软件EASYCONNECT与SSH,建模软件VESTA,超算连接软件Winscp
VESTA软件下载链接
jp-minerals.org/vesta/en/download.html
EASYCONNCT软件下载链接
EasyConnect下载-EasyConnect最新版下载V7.6.7.0
Winscp软件下载链接
Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP
VASP输入参数说明
INCAR文件:
ISTART=0 #开始新的任务,随机产生初始波函数
ICHARG=2 #开始新的任务,从原子电荷密度产生体系初始电荷密度
PREC=M #计算精度,决定ENCUT
ISPIN=2 #打开自旋极化
ALGO=N #确定电子优化的算法
NELM=60 #电子波函数最多计算60步
EDIFF=1E-5 #相邻两步电子迭代的能量差收敛标准
ENCUT=400 #平面波截断能400 eV
IVDW=11 #考虑范德华力修正
IBRION=-1 #固定结构、自洽计算
NSW=0 #离子弛豫的步数
ISIF=2 #固定晶格优化原子坐标
EDIFFG=-0.1 #离子弛豫的force的收敛标准
ISMEAR=0 #费米能级附近电子占据数为高斯分布,适合金属、半导体、绝缘体
SIGMA=0.1 #高斯分布展宽0.1 eV
KPOINTS文件:
Automatic generation #注释行
0 #自动产生K点网格
G #布里渊区K点网格以Gamma点为中心
6 6 1 #K点网格密度
0 0 0 #K点网格中心平移矢量
pt001吸附H电荷密度计算
第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt
将结构优化h文件夹复制成自洽计算hs文件夹
cp -r h hs
进入hs文件夹
cd hs

把 CONTCAR 复制成POSCAR
cp CONTCAR POSCAR

第二步,修改结构优化的 INCAR 文件
修改 INCAR 文件,让VASP执行自洽计算,修改IBRION=-1、NSW=0
vi INCAR

第三步,提交自洽计算
sbatch JOB

计算完成后查看输出文件output
cat output

第四步,用VESTA读取输出文件CHGCAR并绘制电荷密度图
算完之后下载输出的CHGCAR文件。进到刚才自洽计算的文件夹 crystal/pt/hs,下载CHGCAR

用 VESTA 打开CHGCAR,给结构图做一个简单的修饰,加上化学键,即可得到电荷密度分布。

总结
今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001 面吸附氢电荷密度计算,在之前已经做了Pt吸附H的结构优化计算。来到超算上,结构优化是 h 文件夹,那么自洽计算或者是电荷计算就是把 h 复制成另一个hs, 进到里面,首先第一步把 CONTCAR变成POSCAR,结构保留,第二步修改INCAR。自洽计算需要把这 IBRION 改成-1, NSW 改成0,然后这里ISTART和ICHARG可以读取波函数和电荷密度,也可以不读取,不读取就是现在这样 0、2 的组合,读取的话就是这两个设置为1,读取有助于计算加速和收敛,那这里就读取,然后提交任务。
算完之后去把这个自洽计算的电荷文件下载下来看一下。hs 中的CHGCAR,然后用 VESTA 打开 CHGCAR,可以看到大概是这个样子,那把边界略微改一下,把晶胞往两端略微延长一些,这样就可以把电荷云显示的完整一点。可以看到铂的电荷几乎是球形的,然后H由于原子半径比较小,所以它的电荷的空间范围也比较小,然后中间Pt和H之间有一点像共价键一样的电荷分布,当然它也有一点极化现象,因为两端的电负性是不一样的,那么这个就能够反映出Pt、H之间是一种偏共价性的作用。
如果说是离子性作用的话,那这是一个球,上面是一个球,中间是几乎没有电子,那么Pt的电子云为什么那么大呢?那是由于Pt的价电子比较多,它的d电子比较多,而H只有一个电子,所以相对来说这个范围是不一样,那么通过这个就可以看得出它局部相互作用之后成键的一个情况。