小耀爱科研 VASP计算教程
VASP计算教程
第二课 氧原子能量及磁性的计算
课程目标：
正确计算孤立氧原子的能量与磁性。
课程正文：
一、磁性对孤立氧原子能量计算的影响
氧的原子序号为8，电子排布为[He]2s22p4。如下图所示，其内层有两个电子，外层有六
个电子，
原子轨道可表示为：
可见其2p轨道有两个未配对电子，因此氧原子具有磁性，磁矩为2μB。
拓展阅读：
物质的磁性
1、孤立原子的磁性
原子的磁矩主要来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩。原子中电子的自旋方式分为上下两种
（如上图氧原子轨道表示方法所示，上下箭头表示电子的自旋上下），在大多数物质中，自旋向
上的电子和自旋向下的电子数目相等，产生的磁矩会相互抵消，因此整个体系对外不显示磁性。
而在一些物质内部，自旋向上和自旋向下的电子数目不相等，部分电子的自旋磁矩不能被抵消，
体系便会显示磁性。多电子原子所处的电子状态（电子的数量以及排布情况）决定了原子的磁性。
原子中内部的满壳层角动量和磁矩均为零，对磁性并不产生贡献，
因此电子状态主要取决于靠外
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的不满壳层。
上图所示的氧原子包含8个电子，K壳层的1s轨道有两个电子（自旋方向一上一下），L壳
层有六个电子，其中2s轨道有两个电子（自旋方向一上一下），2p轨道有四个电子（自旋方向三
上一下）。可以看出，内壳层（K）的电子自旋磁矩相互抵消，对原子磁性不产生贡献，而外壳层
（L）经过抵消将会剩余两个自旋向上的电子，因此氧原子对外显示2μB的磁矩。
如上所述，绝大部分原子体系的较外壳层并未填满电子，因此在使用VASP计算孤立原子时
需要考虑磁性。
2、固体的磁性
固体材料按照磁性一般可以分为两类：包含顺磁离子的固体和不包含顺磁离子的固体。顺磁
离子是指d轨道未填满的过渡元素或f轨道未填满的稀土元素。不含顺磁离子的固体包括金属、
半导体、离子晶体，这些固体一般会呈现微弱的顺磁性或抗磁性。包含顺磁离子的固体大都是磁
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第一课 认识VASP的输入和输出
课程目标：
通过计算孤立氧原子的能量，初步认识VASP的输入和输出。
课程正文：
一、VASP的输入文件（lecture1-01）
VASP的基本输入文件共有四个：POSCAR，INCAR，KPOINTS，POTCAR。其中
POSCAR是结构文件（计算的体系是什么）；INCAR是参数文件（怎么计算）；KPOINTS是
K点文件，决定了在体系的哪些点进行计算；POTCAR是赝势文件，包含了相应体系的元素
的基本信息。
1、POSCAR
以孤立氧原子为例，创建相应的结构文件。VASP要求计算的结构必须是周期体系，因
此我们的结构可以描述为“一个足够大的晶胞（盒子）中存在一个氧原子”，之所以强调“足
够大”，是因为晶胞具有周期性，晶胞足够大，氧原子之间的相互作用才可以忽略不计。
POSCAR文件内容如下： ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 O atom 2 1.0 3 8.00 0.00 0.00 4 0.00 8.00 0.00 5 0.00 0.00 8.00 6 O 7 1 8 Cartesian 9 0.00 0.00 0.00 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
在这里，灰色背景及其中的数字为行号，POSCAR文件中并不包含。其中，第1行的“O
atom”是体系的名称，可以根据个人的喜好进行命名（如可以替换为isolated O，single O atom，
VASP经典学习教程有用
VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种用于固体材料计算的第一性原理计算软件包。它使用密度泛函理论和平面波基组进行计算，可以预测材料的结构、能带、力学性质等基本属性。本文将介绍VASP的经典学习教程，帮助初学者快速入门。
1.VASP的安装与基本操作
-输入文件和输出文件：介绍VASP的常用输入文件和输出文件，以及它们的格式和含义。
-运行VASP计算：教授如何编写VASP运行脚本，以及如何使用命令行界面运行VASP计算。
2.VASP的输入参数和设置
-INCAR文件：介绍VASP的主要输入文件INCAR的各种参数和选项，如体系的外部压力、电子迭代的收敛准则等。
-POTCAR文件：讲解VASP的赝势文件POTCAR的作用和用法，以及如何选择合适的赝势。
-KPOINTS文件：讲解KPOINTS文件对计算结果的影响，以及如何选择合适的K点网格。
3.VASP的基本计算
-结构优化计算：教授如何进行结构优化计算，寻找稳定的材料晶格参数和原子位置。 -能带计算：讲解如何计算材料的能带结构，以及如何分析能带图和带隙。
-DOS计算：介绍如何计算材料的态密度，以及如何分析态密度图和能带图。
4.VASP的高级计算
-弛豫计算：讲解如何进行离子和电子的同时弛豫计算，得到材料的稳定结构和力学性质。
-嵌入原子计算：介绍如何在材料中嵌入原子，并计算嵌入原子的相互作用能。
-软件接口和后处理：讲解VASP与其他软件（如VASPKIT、VESTA等）的接口，以及如何进行后处理分析。
5.VASP的实际应用
-表面计算：介绍如何计算材料的表面能和表面形貌。
-催化剂计算：讲解如何通过VASP计算催化剂的吸附能和反应能垒，以预测其催化活性。
-界面计算：讲解如何计算材料的界面能和界面结构。
通过以上内容，初学者可以掌握VASP的基本原理和使用方法，并能在实际应用中进行一些基本的材料计算。当然，VASP作为一个复杂的软件包，还有许多高级特性和应用，需要进一步学习和实践。因此，建议初学者在学习过程中多阅读相关文献，参与相关讨论，并进行实际的计算实验。这样才能更好地掌握VASP的使用技巧和提高计算准确性。
Vaspkit 计算光学性质具体步骤：
1. 准备优化好的POSCAR 如：cat ./OPTIC/POSCAR (注：设当前计算目录为OPTIC)
system SiC
4.35
0.5 0.5 0.0
0.0 0.5 0.5
0.5 0.0 0.5
Si C
1 1
cart
0.00 0.00 0.00
0.25 0.25 0.25
2 在 OPTIC 目录运行：vaspkit -task 101 -inp ST 获取 静态计算的INCAR
在 OPTIC 目录运行：vaspkit -task 102 -kpr 0.04 -kps G 获取静态计算KPOINTS 和POTCAR
ls 如下：
3 输入vasp 运行命令，如：mpirun -np 20 vasp_std.base (我的运行命令，你可能不同)
4 运行完成后，继续输入：vaspkit -task 101 -inp OP 或取光学计算INCAR ，包含两个：1）
INCAR ,2) INCAR.step2.lef
INCAR: INCAR.step2.lef
注：默认INCAR 基于独立粒子近似计算
INCAR.step2.lef 考虑局域场效应(ALGO = CHI)，其中LRPA= TRUE （默认）计算的是RPA 层级的局域场，只限于Hartree 贡献，如果想计算 DFT 交换关联的贡献，请设置LRPA =.FALSE.
(去掉感叹号 ！)
5 输入 grep NBANDS OUTCAR 获取静态计算的默认NBANDS 数量（e.g.NBANDS= 20）
6 输入 sed -i "3c NBANDS = 60" INCAR （自动替换INCAR 第二行NBANDS 数量为60，取足够多空带）
