VASP经典研习教学教材有用.doc

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1、-_VASP 学习教程太原理工大学 量子化学课题组2012/5/25 太原-_目 录第一章 Linux 命令.1 1.1 常用命令.1 1.1.1 浏览目录.1 1.1.2 浏览文件.1 1.1.3 目录操作.1 1.1.4 文件操作.1 1.1.5 系统信息.1 第二章 SSH 软件使用.2 2.1 软件界面.2 2.2 SSH transfer 的应用.3 2.2.1 文件传输.3 2.2.2 简单应用.3 第三章 VASP 的四个输入文件.3 3.1 INCAR.3 3.2 KPOINTS.4 3.3 POSCAR.4 3.4 POTCAR.5 第四章 实例.5 4.1 模型的构建.5

2、4.2 VASP 计算.8 4.2.1 参数测试.8 4.2.2 晶胞优化(Cu).13 4.2.3 Cu(100)表面的能量.2 4.2.4 吸附分子 CO、H、CHO 的结构优化.2 4.2.5 CO 吸附于 Cu100 表面 H 位 .4 4.2.6 H 吸附于 Cu100 表面 H 位.5 4.2.7 CHO 吸附于 Cu100 表面 B 位.6 4.2.8 CO 和 H 共吸附于 Cu100 表面 .7 4.2.9 过渡态计算.8-_1第一章 Linux 命令1.1 常用命令1.1.1 浏览目录cd: 进入某个目录。如：cd /home/songluzhi/vasp/CH4 cd .

3、 上一层目录；cd / 跟根目录；ls: 显示目录下的文件。注：输入目录名时，可只输入前 3 个字母，按 Tab 键补全。1.1.2 浏览文件cat：显示文件内容。如：cat INCAR 如果文件较大，可用：cat INCAR | more (可以按上下键查看)合并文件：cat A B C (A 和 B 的内容合并，A 在前，B 在后)1.1.3 目录操作mkdir：建立目录；rmdir：删除目录。如：mkdir T-CH3-Rh1111.1.4 文件操作rm：删除文件；vi：编辑文件；cp：拷贝文件mv：移动文件；pwd：显示当前路径。如： rm INCAR rm a* (删除以 a 开头的

4、所有文件)rm -rf abc (强制删除文件 abc)tar：解压缩文件。压缩文件？rar1.1.5 系统信息df：分区占用大小。如：df -h du：各级目录的大小。top：运行的任务。ps ax：查看详细任务。kill：杀死任务。如：kill 12058 （杀死 PID 为 12058 的任务）注：PID 为 top 命令的第一列数字。-_2第二章 SSH 软件使用2.1 软件界面SSH 界面SSH transfer-_32.2 SSH transfer 的应用2.2.1 文件传输从本地文件中，把所需的计算文件直接拖到服务器中。一般就是 VASP 计算的四个文件 INCAR，KPOINT

5、S，POSCAR，POTCAR。2.2.2 简单应用在右侧文件夹中可以直接构建文件夹，删除文件，修改文件。从 SSH 要 cd 到某个文件夹下时，可先从 SSH transfer 进入，直接复制路径栏，可快速进入。第三章 VASP 的四个输入文件3.1 INCARSYSTEM = name ENCUT = 400 PREC = Medium EDIFF = 5E-4 EDIFFG = -0.1 GGA = 91 VOSKWN = 1 ! 磁性计算 ISYM = 0 ! 对称 0 无 1 有 LREAL = .FALSE. ! 倒空间 ISPIN = 2 ! 2 磁性计算 1 不进行 ISTAR

6、T = 0 ! 0初次计算， 1再次计算 ICHARG = 2 ! 2构造原子密度 ISMEAR = 2 ! -5 半导体；DOS 静态计算 0；原胞较大，k点 小于4，单个原子，小分子；1 2金属体系。 SIGMA = 0.1 IBRION = 2 ! 1 DIIS, 2 CG, 5 频率，3 过渡态 ISIF = 2 ! 2 结构优化， 3 晶胞优化 NSW = 200 ! 离子运动步数 POTIM = 0.05 ! 步长 NELMIN = 4 ! 最小迭代次数 NELM = 200 ! 最多迭代次数 LWAVE = .FALSE. ! 不输出波函数 LCHARG = .FALSE. !

7、不输出密度函数-_43.2 KPOINTS对于表面对于表面 surface 0 M 5 5 1 0 0 0 对于分子和原子对于分子和原子 atom or molcular 1 Rec 0 0 0 13.3 POSCARCH4在Co100表面Top位的吸附 !(名称) 1.05.0120000839 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 5.0120000839 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 15.3159999847Co H C16 4 1 S Direct0.000000000 0.000000000 0.1

8、08070001 T T T 0.000000000 0.000000000 0.333149999 T T T0.250000000 0.250000000 0.000000000 F F F0.250010014 0.250000000 0.225119993 T T T0.500000000 0.000000000 0.108060002 T T T0.500000000 0.000000000 0.333149999 T T T0.750000000 0.250000000 0.000000000 F F F0.749989986 0.250000000 0.225119993 T T

9、 T0.000000000 0.500000000 0.108070001 T T T0.000000000 0.500000000 0.333139986 T T T0.250000000 0.750000000 0.000000000 F F F0.250010014 0.750000000 0.225130007 T T T0.500000000 0.500000000 0.108070001 T T T0.500000000 0.500000000 0.333149999 T T T0.750000000 0.750000000 0.000000000 F F F0.749989986

10、 0.750000000 0.225119993 T T T0.500079989 0.501429975 0.451510012 T T T0.292820007 0.502219975 0.546630025 T T T0.601890028 0.680920005 0.546850026 T T T0.602090001 0.323870003 0.547209978 T T T-_50.499240011 0.502129972 0.523060024 T T T3.4 POTCAR从赝势库中找到所需元素的赝势文件，命名规则为：POTCAR-C(元素)。把这几个文件放到一个文件夹下，按

11、照前面 POSCAR 中的元素顺序合并在一起。命令为：cat POTCAR-Co POTCAR-H POTCAR-C POTCAR第四章 实例 CO+HCHO Cu(100)4.1 模型的构建过程：首先通过 MS 构建好所需模型，导出为*.cif 格式；导入到 Vesta 程序中，输出为*.vasp。根据前面所讲的 POSCAR 格式修改，得到所需文件。图解：1. 创建 MS 文件：-_62. 导入 Cu 晶胞3. 导出为 Cif 格式打开 File-export，保存类型为*.cif，保存在指定位置。-_74. 通过 Vesta 导出为*.vasp直接把 Cu.cif 拖到 vesta 程序

12、中，打开 File-Export Data.，保存类型为*.vasp，保存在指定位置。5. 用写字板打开 Cu.vasp根据所需要求修改 Cu.vasp，这里不需要修改。在吸附表面时则需要固定，见 3.3。CIF file 1.03.6147000790 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 3.6147000790 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 3.6147000790Cu4 Direct0.000000000 0.000000000 0.0000000000.000000000 0.500000000 0.

13、5000000000.500000000 0.000000000 0.5000000000.500000000 0.500000000 0.000000000-_84.2 VASP 计算4.2.1 参数测试（VASP）参数设置 这里给出了赝势、ENCUF、K 点、SIMGA一共四个参数。是都要验证吗？还是只要验证其中一些？一、检验赝势的好坏：赝势的好坏这里是特意举例铜原子的吧？还是算铜的晶胞时只用算一下一个铜原子的就行?（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 足矣，对某些元素还可以取得更小

14、一些。（三）以计算单个 Cu 原子为例：1、INCAR 文件： SYSTEM = Cu atom ENCUT = 450.00 eV NELMDL = 5 ISMEAR = 0 SIGMA = 0.12、POSCAR 文件： atom 10.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 Cu 1 Direct 0.5 0.5 0.53、KPOINTS 文件： Automatic 0 Gamma 1 1 1 0 0 04、POTCAR 文件：（略）（四）计算任务执行方法：输入：mpirun -np 4 vasp log ICHARG = 2 IS

15、MEAR = -5 PREC = Accurate2、POSCAR 文件：Cu 1.03.6147000790 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 3.6147000790 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 3.6147000790Cu4 Direct0.000000000 0.000000000 0.0000000000.000000000 0.500000000 0.5000000000.500000000 0.000000000 0.500000000 0.500000000 0.500000000 0.0

16、000000003、用脚本程序 optkpoints.sh 代替 KPOINTS 文件： rm WAVECAR for i in 6 7 8 9 10 do cat KPOINTS log & E=$(grep “TOTEN“ OUTCAR | tail -1| awk printf “%12.6f n“, $5) KP=$(grep “irreducible“ OUTCAR | tail -1| awk printf “%5i n“, $2) echo $i $KP $E comment done4、POTCAR 文件：（略）（二）计算任务执行方法：输入：dos2unix optkpoint

17、s.shbash optkpoints.sh（三）判别标准：计算完成后得到 comment 文件，它列出了在 k 点数目与总能的对应值，只要总能变化在 0.001 eV 左右就非常足够了。四、优化选择合适的 SIGMA 值（展宽 值）：（一）为什么要优化 SIGMA 值？若展宽 太小，则计算难以收敛；若展宽 太大，则会产生多余的熵(entropy)，因此必须选择合适的 值。(Too large smearing-parameters might result in a wrong total energy, small smearing parameters require a large k

18、-point mesh.)（二）ISMEAR 和 SIGMA：1、ISMEAR 和 SIGMA 这两个关键词要联合起来使用，前者用来指定smearing 的方法，后者用来指定 smearing 的展宽 值。2、ISMEAR 和 SIGMA 的默认值分别为 1 和 0.2。3、ISMEAR 可能的取值为-5，-4，-3，-2，-1，0，N (N 表示正整数)：ISMEAR-5，表示采用 Blochl 修正的四面体方法；ISMEAR-4，表示采用四面体方法，但是没有 Blochl 修正；ISMEAR-1，表示采用 Fermi-Dirac smearing 方法；ISMEAR0，表示采用 Gauss

19、ian smearing 方法；ISMEARN，表示采用 Methfessel-Paxton smearing 方法，其中 N 是表示此方法中的阶数，一般情况下 N 取 1 或 2, 但是In most cases and leads to very similar results。4、 值一般在 0.10.3 eV 范围内。-_125、ISMEAR 取值的一些经验：（1）一般说来，无论是对何种体系，进行何种性质的计算，采用ISMEAR0 并选择一个合适的 SIGMA 值，都能得到合理的结果。（2）在进行静态计算（能量单点计算, no relaxation in metals）或态密度计算且

20、k 点数目大于 4 时，取 ISMEAR-5。（3）当原胞较大而 k 点数目较小（小于 4 个）时，取ISMEAR0，并选择一个合适的 SIGMA 值。(If the cell is too large (or if you use only a single or two k-points) use ISMEAR=0 in combination with a small SIGMA=0.05)（4）对半导体或绝缘体，不论是静态还是结构优化计算，都取ISMEAR-5。(Mind: Avoid to use ISMEAR0 for semiconductors and insulators,

21、since it might cause problems. For insulators use ISMEAR=0 or ISMEAR=-5.)（5）对金属体系(for relaxations in metals)，取 ISMEAR1 或 2，并选择一个合适的 SIGMA 值。（三）当采用 ISMEAR0 或 N 时，如何优化选择合适的 SIGMA 值？1、用脚本程序 optsigma.sh 代替 INCAR 文件： rm WAVECAR for i in 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 do cat INCAR

22、comment done 2、POSCAR 文件： Cu 1.03.6147000790 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 3.6147000790 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 3.6147000790-_13Cu4 Direct0.000000000 0.000000000 0.0000000000.000000000 0.500000000 0.5000000000.500000000 0.000000000 0.500000000 0.500000000 0.500000000 0.00000000

23、03、KPOINTS 文件： A 0 M 9 9 9 0.0 0.0 0.04、POTCAR 文件：（略）（四）计算任务执行方法：输入：dos2unix optsigma.shbash optsigma.sh（五）判断标准：熵(entropy)越小越好，选择entropy T*S EENTRO 值中最小的那个所对应的 SIGMA。( SIGMA should be as large as possible keeping the difference between the free energy and the total energy (i.e. the term entropy T*S)

24、 in the OUTCAR file negligible (1 meV/atom).)（五）注意：1、当 k 点的数目发生变化后，要重新优化选择 SIGMA 值。4.2.2 晶胞优化(Cu)INCAR SYSTEM = name ENCUT = 400 PREC = Medium EDIFF = 5E-6 EDIFFG = -0.01 GGA = 91 ISYM = 1 LREAL = .FALSE.ISTART = 0 ICHARG = 2 INIWAV = 1 ISMEAR = 2 SIGMA = 0.1 IBRION = 2 ISIF = 3 NSW = 200POTIM = 0.5

25、 NELMIN = 4 NELM = 200 NELMDL = -5 ALGO = F LWAVE = .FALSE. LCHARG = .FALSE. POSCARCu 1.03.6147000790 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 3.6147000790 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 3.6147000790-_2Cu4 Direct0.000000000 0.000000000 0.0000000000.000000000 0.500000000 0.5000000000.500000000 0.

26、000000000 0.500000000 0.500000000 0.500000000 0.000000000KPOINTS Cu cell 0 M 8 8 8 0 0 0POTCAR （略）（略）命令：mpirun np 8 vasp log &计算结果：查看 CONTCAR，获取晶胞参数 a=b=c=3.629 误差=0.4%注：优化后的结构为 CONTCAR，导出保存为*.vasp，通过 Vesta 打开输出为.cif 格式的文件，可用 MS 打开。4.2.3 Cu(100)表面的能量从 MS 构建模型，直到获得 POSCAR。INCARSYSTEM = Cu100 ENCUT =

27、400 PREC = Medium EDIFF = 5E-6 EDIFFG = -0.01 GGA = 91 LREAL = .FALSE.ISTART = 0 ICHARG = 2 ISMEAR = 2 SIGMA = 0.1 IBRION = 2 ISIF = 2 NSW = 200 POTIM = 0.5 NELMIN = 4 NELM = 200 LWAVE = .FALSE. LCHARG = .FALSE. POSCARCIF file 1.05.1119999886 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 5.1119999886 0.0000

28、0000000.0000000000 0.0000000000 15.4221000671Cu16 S-_2Direct0.000000000 0.000000000 0.117190003 T T T0.000000000 0.000000000 0.351579994 T T T0.250000000 0.250000000 0.000000000 F F F0.250000000 0.250000000 0.234390005 T T T0.500000000 0.000000000 0.117190003 T T T0.500000000 0.000000000 0.351579994

29、 T T T0.750000000 0.250000000 0.000000000 F F F0.750000000 0.250000000 0.234390005 T T T0.000000000 0.500000000 0.117190003 T T T0.000000000 0.500000000 0.351579994 T T T0.250000000 0.750000000 0.000000000 F F F0.250000000 0.750000000 0.234390005 T T T0.500000000 0.500000000 0.117190003 T T T0.50000

30、0000 0.500000000 0.351579994 T T T0.750000000 0.750000000 0.000000000 F F F0.750000000 0.750000000 0.234390005 T T TKPOINTS (略略) 5x5x2POTCAR (略略)命令：mpirun np 8 vasp log &grep energy without entropy OUTCAR | tail -1计算结果：ECu100= -54.891221 eV4.2.4 吸附分子 CO、H、CHO 的结构优化CO的结构优化：INACARSYSTEM = name ENCUT =

31、 400 PREC = Medium EDIFF = 5E-6 EDIFFG = -0.01 GGA = 91 ISYM = 0 LREAL = .FALSE. ISTART = 0 ICHARG = 2 ISMEAR = 0 SIGMA = 0.1 IBRION = 2 ISIF = 2 NSW = 200 POTIM = 0.05 NELMIN = 4 NELM = 200 LWAVE = .FALSE. LCHARG = .FALSE.KPOINTSCO 1 R 0 0 0 1-_3POSCARCIF file 1.010.0000000000 0.0000000000 0.000000

32、00000.0000000000 10.0000000000 0.00000000000.0000000000 0.0000000000 10.0000000000C O1 1 Direct0.514789999 0.557799995 0.4678100050.514889956 0.407389998 0.481169999POTCAR （略）（略）命令：mpirun np 8 vasp log &grep energy without entropy OUTCAR | tail -1计算结果：C-O 键长：1.142 ECO= -14.828858 eVCHO的优化：POSCARCHO

33、1.010.0 0.0 0.00.0 10.0 0.00.0 0.0 10.0C O H1 1 1 Direct0.442709982 0.448029995 0.5285999770.418269992 0.597039998 0.5284299850.549360037 0.407759994 0.528409958其他同上，POTCAR 顺序 C-O-H。命令：mpirun np 8 vasp log &grep energy without entropy OUTCAR | tail -1计算结果： ECHO= -16.718H的能量：POSCARCIF file 1.010.0000000000 0.0000000000 0.00000000000.0000000000 10.0000000000 0.0000000000-_40.0000000000 0.0000000000 10.0000000000H1 Direct0.476540029 0.527869999 0.510450006命令：mpirun np 8 vasp log &grep TOTEN OUTCAR | tail -1 注：单原子能量。计算结果：EH= -0.056 eV4.2.5 CO 吸附于 Cu100 表面 H