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，以及VASP的输入文件INCAR，KPOINTS，POTCAR

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

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 #自洽计算

NSW=0 #固定结构

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

LORBIT = 10 #局域态密度

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

Pt吸附H2O差分电荷计算

第一步，进入pt计算文件夹

cd crystal/pt

将结构优化h2o文件夹复制成h2o-s1文件夹

cp -r h2o h2o-s1

进入h2o-s1文件夹

cd h2o-s1

第二步，计算吸附构型电荷密度

cp CONTCAR POSCAR

vi INCAR

通过sbatch JOB命令提交计算任务，

sbatch JOB

第三步，计算催化剂和H2O分子电荷密度

下载整体和分离后的电荷

最后用h2o-s1的电荷减去h2o-s2和h2o-s3的电荷，即可得到差分电荷，可用VESTA处理作图

总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附水的差分电荷计算，在之前的视频中，我们已经完成了水吸附的结构优化 h2o 文件夹，那么接下来把 h2o 变成 h2o-s1， h2o-s2 和 h2o-s3 这三个文件夹，分别是整体的电荷、催化剂电荷和水的电荷，三个电荷一减就得到需要的差分电荷。先对整体做一次自洽计算，把CONTCAR保留成POSCAR，修改INCAR。对于自洽计算这个 IBRION 标签改成-1， NSW 改成0，其他不用修改提交任务。然后把 s1 文件夹变成 s2 文件夹，这个是催化剂的电荷，还有变成 s3 水分子的电荷。

先去做催化剂的，这里修改一下POSCAR，把水分子移除，提交任务，再去到水分子的文件夹修改POSCAR，把催化剂原子移除，然后修改一下赝势POTCAR，只有O和H的赝势，提交任务，等这三个自洽计算都做完，把电荷下载，用 VESTA 软件来做一个电荷密度的差就可以了。前两个已经算完了，那么我们开始下载电荷，先下载 s1 的CHGCAR，然后重命名叫 s1.vasp，再下载 s2 的重命名为 s2.vasp，下载 s3 的电荷文件，重命名为 s3.vasp。下载完毕后，用VESTA 软件打开刚才的 s1. vasp，这是整体电荷，然后编辑体项数据，导入 s2 和 s3，这里做一个减法，再导入 s3 也是做一个减法。这样就有 s1 减 s2 减 s3 的电荷。对这个图做一个简单的修饰，就可以得到一个差分电荷。简单看一下这个水和铂之间，尤其是界面处有一定的电荷转移，但这个不强，因为中间这个键的区域是没有电荷的，说明这个是不成键的一个结果。