量子化学课题组VASP学习教程.docx
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量子化学课题组VASP学习教程
VASP学习教程
太原理工大学量子化学课题组
2012/5/25太原
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..上一层目录；cd/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：
catINCAR
如果文件较大，可用：
catINCAR|more（可以按上下键查看）
合并文件：
catAB>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：
mkdirT-CH3-Rh111
1.1.4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：
rmINCARrma*（删除以a开头的所有文件）
rm-rfabc（强制删除文件abc）
tar：
解压缩文件。
压缩文件？
？
rar
1.1.5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。
psax：
查看详细任务。
kill：
杀死任务。
如：
kill12058（杀死PID为12058的任务）
注：
PID为top命令的第一列数字。
第二章SSH软件使用
SSH软件介绍，能干啥？
2.1软件界面
SSH界面
SSHtransfer
2.2SSHtransfer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，KPOINTS，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SSHtransfer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
3.1INCAR
SYSTEM=name
ENCUT=400是cutoff么？
PREC=Medium
EDIFF=5E-4
EDIFFG=-0.1负0.1表示用力收敛标准，正0.1表示能量收敛标准
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
ISTART=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；12金属体系。
SIGMA=0.1
IBRION=2!
1DIIS,2CG,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.!
不输出波函数输出是ture么？
LCHARG=.FALSE.!
不输出密度函数
3.2KPOINTS
对于表面
surface
0
M
551
000什么意思？
对于分子和原子
atomormolcular
1
Rec
0001
3.3POSCAR
CH4在Co100表面Top位的吸附!
（名称）
1.0
5.01200008390.00000000000.0000000000
0.00000000005.01200008390.0000000000
0.00000000000.000000000015.3159999847
CoHC
1641
S
Direct
0.0000000000.0000000000.108070001TTT-优化
0.0000000000.0000000000.333149999TTT
0.2500000000.2500000000.000000000FFF-固定
0.2500100140.2500000000.225119993TTT
0.5000000000.0000000000.108060002TTT
0.5000000000.0000000000.333149999TTT
0.7500000000.2500000000.000000000FFF
0.7499899860.2500000000.225119993TTT
0.0000000000.5000000000.108070001TTT
0.0000000000.5000000000.333139986TTT
0.2500000000.7500000000.000000000FFF
0.2500100140.7500000000.225130007TTT
0.5000000000.5000000000.108070001TTT
0.5000000000.5000000000.333149999TTT
0.7500000000.7500000000.000000000FFF
0.7499899860.7500000000.225119993TTT
0.5000799890.5014299750.451510012TTT
0.2928200070.5022199750.546630025TTT
0.6018900280.6809200050.546850026TTT
0.6020900010.3238700030.547209978TTT
0.4992400110.5021299720.523060024TTT
3.4POTCAR
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，按照前面POSCAR中的元素顺序合并在一起。
命令为：
catPOTCAR-CoPOTCAR-HPOTCAR-C>POTCAR
第四章实例
CO+H－CHOCu（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：
2.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。
4.通过Vesta导出为*.vasp
直接把Cu.cif拖到vesta程序中，打开File---ExportData...，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。
CIFfile
1.0
3.61470007900.00000000000.0000000000
0.00000000003.61470007900.0000000000
0.00000000000.00000000003.6147000790
Cu
4
Direct
0.0000000000.0000000000.000000000
0.0000000000.5000000000.500000000
0.5000000000.0000000000.500000000
0.5000000000.5000000000.000000000
4.2VASP计算
4.2.1参数测试
一、检验赝势的好坏：
（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；-如何设置
2、ENCUT要足够大；
3、原胞的大小要足够大，一般设置为15Å足矣，对某些元素还可以取得更小一些。
（三）以计算单个Cu原子为例：
1、INCAR文件：
SYSTEM=Cuatom
ENCUT=450.00eV
NELMDL=5
ISMEAR=0
SIGMA=0.1
2、POSCAR文件：
Atom-什么意思啊，下面有Cu表示名字
10.00-指的是晶格参数啊，a，b，c么？
1.000.000.00
0.001.000.00
0.000.001.00
Cu
1
Direct
0.50.50.5
3、KPOINTS文件：
Automatic
0
Gamma
111
000
4、POTCAR文件：
（略）
（四）计算任务执行方法：
输入：
mpirun-np4vasp>log&
（五）赝势好的判断标准：
计算得到的OUTCAR文件中的“energywithoutentropy”能量值在-0.001～-0.01eV之间。
-为什么是这啊
命令：
grep'energywithoutentropy'OUTCAR|tail-1
计算结果为：
二、筛选合适的ENCUT大小：
---测试晶胞的
（一）输入文件：
1、用脚本程序optencut.sh代替INCAR文件：
rmWAVECAR
foriin300350400450500
do
cat>INCAR<
SYSTEM=Cu
ENCUT=$i
GGA=91
ISTART=0;ICHARG=2
ISMEAR=-5
PREC=Accurate
!
echo"ENCUT=$ieV";timempirun-np2vasp>log&
E=$（grep"TOTEN"OUTCAR|tail-1|awk'{printf"%12.6f\n",$5}'）
echo$i$E>>comment
done
注：
每个任务2核，5个截断能，共要10核。
2、POSCAR文件：
Cucell
1.0
3.61470007900.00000000000.0000000000
0.00000000003.61470007900.0000000000
0.00000000000.00000000003.6147000790
Cu
4
Direct
0.0000000000.0000000000.000000000
0.0000000000.5000000000.500000000
0.5000000000.0000000000.500000000
0.5000000000.5000000000.000000000
3、KPOINTS文件：
A
0
M
888
0.00.00.0
4、POTCAR文件：
（略）
（二）计算任务执行方法：
输入：
dos2unixoptencut.sh
bashoptencut.sh
（三）判别标准：
计算完成后得到comment文件，它列出了在每个ENCUT时计算得到的相应的总能，只要总能变化在0.001eV左右就足够了。
三、选择合适的k点数目：
（一）输入文件：
1、INCAR文件：
SYSTEM=Cu
ENCUT=450.00eV
ISTART=0;ICHARG=2
ISMEAR=-5
PREC=Accurate
2、POSCAR文件：
Cu
1.0
3.61470007900.00000000000.0000000000
0.00000000003.61470007900.0000000000
0.00000000000.00000000003.6147000790
Cu
4
Direct
0.0000000000.0000000000.000000000
0.0000000000.5000000000.500000000
0.5000000000.0000000000.500000000
0.5000000000.5000000000.000000000
3、用脚本程序optkpoints.sh代替KPOINTS文件：
rmWAVECAR
foriin678910
do
cat>KPOINTS<
Automaticgeneration
0
Monkhorst-pack
$i$i$i
0.00.00.0
!
echo"kmesh=$ix$ix$i";timempirun-np8vasp>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
done
4、POTCAR文件：
（略）
（二）计算任务执行方法：
输入：
dos2unixoptkpoints.sh
bashoptkpoints.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0.001eV左右就非常足够了。
四、优化选择合适的SIGMA值（展宽σ值）：
（一）为什么要优化SIGMA值？
若展宽σ太小，则计算难以收敛；若展宽σ太大，则会产生多余的熵（entropy），因此必须选择合适的σ值。
（Toolargesmearing-parametersmightresultinawrongtotalenergy,smallsmearingparametersrequirealargek-pointmesh.）
（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——σ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-Diracsmearing方法；
ISMEAR＝0，表示采用Gaussiansmearing方法；
ISMEAR＝N，表示采用Methfessel-Paxtonsmearing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Inmostcases
and
leadstoverysimilarresults。
4、σ值一般在0.1～0.3eV范围内。
5、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ISMEAR＝0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,norelaxationinmetals）或态密度计算且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ISMEAR＝0，并选择一个合适的SIGMA值。
（Ifthecellistoolarge（orifyouuseonlyasingleortwok-points）useISMEAR=0incombinationwithasmallSIGMA=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:
AvoidtouseISMEAR>0forsemiconductorsandinsulators,sinceitmightcauseproblems.ForinsulatorsuseISMEAR=0orISMEAR=-5.）
（5）对金属体系（forrelaxationsinmetals），取ISMEAR＝1或2，并选择一个合适的SIGMA值。
（三）当采用ISMEAR＝0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：
rmWAVECAR
foriin0.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.30
do
cat>INCAR<
SYSTEM=bccFe
ENCUT=450
GGA=91
ISTART=0;ICHARG=2
ISMEAR=0;SIGMA=$i
PREC=Accurate
!
echo"SIGMA=$ieV";timevasp
TS=$（grep"EENTRO"OUTCAR|tail-1|awk'{printf"%12.6f\n",$5}'）
echo$i$TS>>comment
done
2、POSCAR文件：
Cu
1.0
3.61470007900.00000000000.0000000000
0.00000000003.61470007900.0000000000
0.00000000000.00000000003.6147000790
Cu
4
Direct
0.0000000000.0000000000.000000000
0.0000000000.5000000000.500000000
0.5000000000.0000000000.500000000
0.5000000000.5000000000.000000000
3、KPOINTS文件：
A
0
M
999
0.00.00.0
4、POTCAR文件：
（略）
（四）计算任务执行方法：
输入：
dos2unixoptsigma.sh
bashoptsigma.sh
（五）判断标准：
熵（entropy）越小越好，选择entropyT*SEENTRO值中最小的那个所对应的SIGMA。
（SIGMAshouldbeaslargeaspossiblekeepingthedifferencebetweenthefreeenergyandthetotalenergy（i.e.theterm'entropyT*S'）intheOUTCARfilenegligible（1meV/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=200
POTIM=0.5
NELMIN=4
NELM=200
NELMDL=-5
ALGO=F
LWAVE=.FALSE.
LCHARG=.FALSE.
POSCAR
Cu
1.0
3.61470007900.00000000000.0000000000
0.00000000003.61470007900.0000000000
0.00000000000.00000000003.6147000790
Cu
4
Direct
0.0000000000.0000000000.000000000
0.0000000000.5000000000.500000000
0.5000000000.0000000000.500000000
0.5000000000.5000000000.000000000
KPOINTS
Cucell
0
M
888
000
POTCAR（略）
命令：
mpirun–np8vasp>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。
4.2.3Cu（100）表面的能量
从MS构建模型，直到获得POSCAR。
INCAR
SYSTEM=Cu100
ENCUT=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.
POSCAR
CIFfile
1.0
5.11199998860.00000000000.0000000000
0.00000000005.11199998860.0000000000
0.00000000000.000000000015.4221000671
Cu
16
S
Direct
0.0000000000.0000000000.117190003TTT
0.0000000000.0000000000.351579994TTT
0.2500000000.2500000000.000000000FFF
0.2500000000.2500000000.234390005TTT
0.5000000000.0000000000.117190003TTT
0.5000000000.0000000000.351579994TTT
0.7500000000.2500000000.000000000FFF
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