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pure文件夹复制成自洽计算s文件夹

cp -r pure s

进入s文件夹

cd s

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

使用 squeue 命令来看任务队列，已清空。

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/s,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各位介绍pt001面的电荷密度计算，在上一期视频中已经完成了它的结构优化计算，来到超算上,之前的结构优化文件夹是这个pure 文件夹。电荷计算是一次自洽计算，首先把 pure文件夹复制成s。

然后进到s里面，这个就是自洽计算，或者说电荷计算的文件夹。再把优化的结构 CONTCAR 复制成POSCAR，最后修改一下 INCAR 中的参数，第一个 IBRION 改成-1，第二个 NSW 改成0。这样就把自洽计算的参数都修改好了，提交任务。

等这个算完，把电荷文件下载下来，用 VESTA 来作图，打开好VESTA软件，下载自洽计算中的 CHAGCAR文件，然后用VESTA 软件打开刚才下载的 CHAGCAR 文件。首先把pt原子的化学键给连上，再把它的边界做一个调整，这样就可以很清晰的看到pt原子它这个是球状的电荷分布，也符合金属材料的特点。