VASP的输入输出文件

（计算前的）验证一、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；2、ENCUT要足够大；3、原胞的大小要足够大，一般设置为15 Å足矣，对某些元素还可以取得更小一些。

（三）以计算单个Fe原子为例：1、INCAR文件：SYSTEM = Fe atomENCUT = 450.00 eVNELMDL = 5 ! make five delays till charge mixing，详细意义见注释一ISMEAR = 0SIGMA=0.12、POSCAR文件：atom15.001.00 0.00 0.000.00 1.00 0.000.00 0.00 1.001Direct0 0 03、KPOINTS文件：（详细解释见注释二。

）AutomaticGamma1 1 10 0 04、POTCAR文件：（略）注释一：关键词“NELMDL”:A）此关键词的用途：指定计算开始时电子非自洽迭代的步数（即NELMDL gives the number of non-selfconsistent steps at the beginning），目的是make calculations faster。

“非自洽”指的是保持charge density 不变，由于Charge density is used to set up the Hamiltonian, 所以“非自洽”也指保持初始的哈密顿量不变。

B）默认值（default value）:NELMDL = -5 (当ISTART=0, INIWA V=1, and IALGO=8时)NELMDL = -12 (当ISTART=0, INIWA V=1, and IALGO=48时)NELMDL = 0 (其他情况下)NELMDL might be positive or negative.A positive number means that a delay is applied after each ionicmovement -- in general not a convenient option. （在每次核运动之后）A negative value results in a delay only for the start-configuration. （只在第一步核运动之前）C）关键词“NELMDL”为什么可以减少计算所需的时间？Charge density is used to set up the Hamiltonian, then the wavefunctions are optimized iteratively so that they get closer to the exact wavefunctions of this Hamiltonian. From the optimized wavefunctions a new charge density is calculated, which is then mixed with the old input-charge density. A brief flowchart is given below.（参自Manual P105页）一般情况下，the initial guessed wavefunctions是比较离谱的，在前NELMDL次非自洽迭代过程中保持charge density不变、保持初始的哈密顿量不变，只对wavefunctions进行优化，在得到一个与the exactwavefunctions of initial Hamiltonian较为接近的wavefunctions后，再开始同时优化charge density。

VASP静态⾃洽计算的输⼊⽂件，执⾏和输出⽂件VASP输⼊⽂件1.INCAR⽂件# 计算的体系的名称SYSTEM = Hybrid# I/O设置(读⼊、读出)ISTART = 0 # 0代表⼀个全新的计算ICHARG = 2LWAVE = .FALSE.LCHARG = .TRUE. #输出电⼦密度⽂件LVOT = .TRUE. #loacl potential⽂件LELF = .TRUE. #输出电⼦局域化函数LORBIT = 11 #输出材料的分波态密度#以上四个⽂件⼀般在需要计算准确电⼦结构（⾃洽运算）时才会出现# Electronic Relaxation(电⼦步)ENCUT = 600 #平⾯阶段能，由赝势决定（POTCAR中的ENMAX*1.25~1.50）（数值越⼤，精度越⾼）NELM = 100 #最⼤电⼦步数量，默认60步（难收敛体系，如过渡⾦属，可设置为200、300~）ALGO = Fast #⾃洽循环算法（Fast,Normal,VaryFast)PREC = Accurate #精度设置ISMEAR = 0 # ⾦属0+，⾮⾦属0-（⾦属不可以设置为负数）SIGMA = 0.05 # 划分布⾥渊区,展宽EDIFF = 1E-5 #电⼦步收敛精度AMIX = 0.1 #BMIX = 0.01 #加快收敛NEDOT = 2000EMIN = -10.0 #两个EMAX = 10.0 #细化能级# Ionic Relaxation (离⼦步)IBRION = 2 #离⼦弛豫的算法（2较稳定）NSW = 300 #最⼤离⼦步的个数EDIFFG = -1E-2 #离⼦步收敛标准（默认是EDIFF*10）ISIF = 3 # 对晶胞的弛豫⽅法(3:全弛豫 2:固定体积的弛豫 4:固定体积但允许形状改变)# Polarization (含磁性体系)ISPIN = 2 # ⾃旋极化LOSRBIT = .False. #考虑⾮线性磁性（默认不考虑）# Parallization(并⾏计算的相关设定)LREAL = Auto #计算进⾏在实空间或是导空间NPAR = 1 #取节点数量或核⼼数量的根号值LPLANE = .FALSE. #针对平⾯波的设置‘#’ 表⽰注释符，后⾯的内容不会被执⾏2.KPOINTS⽂件# 划分布⾥渊区⽹格Automatic meshGamma #划分⽹格8 8 80.0 0.0 0.0# 另⼀种KPOINTS⽂件形式Automatic meshAuto25.03.POSCAR⽂件# 通过VESTA建模得到# 包括体系名称，晶胞基⽮信息，原⼦元素种类、数量和具体坐标4.POTCAR⽂件# 从赝势库中得到的赝势信息，⼀般不需要进⾏操作VASP程序的执⾏mpirun -np x vasp_std < INCAR# x是指CPU的线程数（核⼼数）VASP输出⽂件1.OSZICAR#第⼀⾏内容F #体系的⾃由能E0 #最后体系的总能量dE #体系能量的改变量# 使⽤linux命令得到⽂件中我们需要的数据grep E0 OSZICAR #打印出OSZICAR⽂件中所有含有'E0'的⾏2.OUTCAR⽂件# 包含VASP全部输⼊信息的总结(⽇志⽂件)# 最后⼀⾏：计算成本，磁性信息，电荷信息grep 'reached required accurary' OUTCAR# 若OUTCAR⽂件中存在上述字符串，则表明计算成功收敛；若没有，则未收敛3.DOSCAR⽂件# 材料的态密度信息（材料在不同能级上各⾃的占据情况/概率）（5列、3列）# 若在电⼦步设置了LORBIT=11，则会输出分波态密度（19列）更⼤4.CHGCAR⽂件#电⼦在空间位置上的分布，可直接通过VESTA⽂件画图5.LOCALCAR⽂件#电⼦在空间中的能级分布6.ELFCAR⽂件#定义的电⼦局域化函数7.EIGENVAL⽂件#电⼦在导空间上的分布状态。

V ASP计算教程第一课认识V ASP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V ASP的输入和输出。

课程正文：一、V ASP的输入文件（lecture1-01）V ASP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。

V ASP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 atom2 1.03 8.00 0.00 0.004 0.00 8.00 0.005 0.00 0.00 8.006 O7 18 Cartesian9 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，one Oxygen atom等），方便对计算任务的记忆与理解，不同的命名不会影响计算；第2行的“1.0”为晶格的缩放系数，第3到5行是晶格在xyz坐标系中三个方向的基矢长度，基矢长度乘以晶格的缩放系数即为晶胞的大小，因此通过这四行参数，我们构建了一个晶格长度为8.00 Å的正方形晶胞。

VASP参数设置详解软件主要功能：采用周期性边界条件（或超原胞模型）处理原子、分子、团簇、纳米线（或管）、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体l 计算材料的结构参数（键长、键角、晶格常数、原子位置等）和构型l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：对所计算的体系进行注释：SYSTEM定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWAV定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFF定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW –分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFG定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

VASP简明手册For Beginners in Prof. B.X. Liu’s group一、简介　VASP = Vienna Ab-initio Simulation PackageVASP is a complex package for performing ab-initio quantum-mechanical molecular dynamics (MD) simulations using pseudopotentials (如超软赝势US-PP) or the projector-augmented wave (PAW) method and a plane wave basis set.The approach implemented in VASP is based on the (finite-temperature) local-density approximation with the free energy as variational quantity and an exact evaluation of the instantaneous electronic ground state at each MD time step.它的好处主要包括基组小适于第一行元素和过渡金属，大体系计算快(<4000价电子)，适于平行计算(Unix/Linux)其他特性还包括自动对称性分析、加速收敛算法另文涉及。

一个简单的VASP作业主要涉及四个输入文件：INCAR(作业细节) POSCAR(体系坐标) POTCAR(赝势) KPONITS(k空间描述)二、背景知识　本文简单介绍点能带理论的基础知识以利于后文讨论布里赫(F.Bloch) 参考书：《固体能带理论》谢希德陆栋主编Bloch定理周期性势场的单电子薛定谔方程的非简并解和适当选择组合系数的简并解同时是平移算符T(Rl)的属于本征值exp(ik・Rl)的本征函数数学表示：T(Rl)ψn(k，r) = ψn(k，r+Rl) = exp(ik・Rl)・ψn(k，r)ψn(k，r)称为Bloch函数，用它描写的电子也称为布里赫电子推论一：晶格电子可用通过晶格周期性调幅的平面波表示。

VASP参数设置详解软件主要功能：采用周期性边界条件（或超原胞模型）处理原子、分子、团簇、纳米线（或管）、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体l 计算材料的结构参数（键长、键角、晶格常数、原子位置等）和构型l 计算材料的状态方程和力学性质（体弹性模量和弹性常数）l 计算材料的电子结构（能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF）l 计算材料的光学性质l 计算材料的磁学性质l 计算材料的晶格动力学性质（声子谱等）l 表面体系的模拟（重构、表面态和STM模拟）l 从头分子动力学模拟l 计算材料的激发态（GW准粒子修正）计算主要的四个参数文件：INCAR ,POSCAR,POTCAR ,KPOINTS,下面简要介绍，详细权威的请参照手册INCAR文件：该文件控制VASP进行何种性质的计算，并设置了计算方法中一些重要的参数，这些参数主要包括以下几类：●对所计算的体系进行注释：SYSTEM●定义如何输入或构造初始的电荷密度和波函数：ISTART，ICHARG，INIWAV●定义电子的优化–平面波切断动能和缀加电荷时的切断值：ENCUT，ENAUG–电子部分优化的方法：ALGO，IALGO，LDIAG–电荷密度混合的方法：IMIX，AMIX，AMIN，BMIX，AMIX_MAG，BMIX_MAG，WC，INIMIX，MIXPRE，MAXMIX–自洽迭代步数和收敛标准：NELM，NELMIN，NELMDL，EDIFF●定义离子或原子的优化–原子位置优化的方法、移动的步长和步数：IBRION，NFREE，POTIM，NSW –分子动力学相关参数：SMASS，TEBEG，TEEND，POMASS，NBLOCK，KBLOCK，PSTRESS–离子弛豫收敛标准：EDIFFG●定义态密度积分的方法和参数–smearing方法和参数：ISMEAR，SIGMA–计算态密度时能量范围和点数：EMIN，EMAX，NEDOS–计算分波态密度的参数：RWIGS，LORBIT●其它–计算精度控制：PREC–磁性计算：ISPIN，MAGMOM，NUPDOWN–交换关联函数：GGA，VOSKOWN–计算ELF和总的局域势：LELF，LVTOT–结构优化参数：ISIF–等等。

V ASP计算时要先进行相应的晶体结构选择，在MS中建完模型之后，导出；然后进行结构优化，优化一般情况下结构优化的INCAR比较简单。

可以参看我的文件夹下面得geo文件中的INCAR；然后将优化后得到的CONTCAR文件拷过来，重新命名为POSCAR文件，如果你使用的泛函（和INCAR中的GGA参数以及POTCAR的选择有关）不是杂化泛函等比较高级的方法的话，需要先进行一步静态自洽计算。

做静态自洽计算的时候原子不能乱动（这个和INCAR文件中的ISIF、NSW等有关），ISTRA T=0（要重新计算，不能读入之前得到的WA VECAR）；接下来计算能带结构或是态密度的话，要将之前得到的CHGCAR文件放进来，作为读入文件，也可以将W A VECAR文件加进来（ISTART=1可以读入W A VECAR）以加快计算速度。

而不同的计算任务INCAR的设置需要注意，同时，KPOINTS也要注意。

可以参看资料中的例子，大体上都是对的。

POTCAR在我给你的psudopotential文件夹下，这个库里面的POTCAR文件都只是单个原子的势文件，如果你的例子是Al2O3，那么先看POSCAR中是Al原子还是O原子在前，然后再相应的文件夹下面找到这两个原子的POTCAR，在linux使用cat Al O >>POTCAR （假如这时al在前，al和o分别对应这两个原子的势文件）。

POSCAR文件的建立可以使用MS软件。

我给你的资料中有介绍。

在进行一个相应的计算的时候最好参看qq或是我的输入文件。

最常用的计算1．结构优化目的是找到最优结构对于晶胞，要找出能量最低的晶格常数，具体可以参照金刚石结构Si的那个例子对于表面，更加简单 :在POSCAR中确定优化的原子层数，在INCAR中修改IBRION =2，POTIM=0.2，NSW=200三个参数即可，对于参数的意义看苏长荣或侯柱峰的中文说明就行了2．单点能自洽计算目的是得到CHG画电荷密度图，以及得到正确的费米能级值，以及体系的总能量。

V ASP计算前的验证一、检验赝势的好坏：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；2、ENCUT 要足够大；3、原胞的大小要足够大，一般设置为15 Ǻ足矣，对某些元素还可以取得更小一些。

（三）以计算单个Fe原子为例：1、INCAR 文件：SYSTEM = Fe atomENCUT = 450.00 eVNELMDL = 5 ! make five delays till charge mixing，详细意义见注释一ISMEAR = 0SIGMA=0.12、POSCAR 文件：atom15.001.00 0.00 0.000.00 1.00 0.000.00 0.00 1.001Direct0 0 03、KPOINTS 文件：AutomaticGamma1 1 10 0 04、POTCAR 文件：（略）注释一：关键词“NELMDL”:A）此关键词的用途：指定计算开始时电子非自洽迭代的步数（即NELMDL gives the number of non-selfconsistent steps at the beginning），目的是make calculations faster。

“非自洽”指的是保持charge density 不变，由于Charge density is used to set up the Hamiltonian, 所以“非自洽”也指保持初始的哈密顿量不变。

B）默认值（default value）:NELMDL = -5 (当ISTART=0, INIW A V=1, and IALGO=8 时)NELMDL = -12 (当ISTART=0, INIW A V=1, and IALGO=48 时)NELMDL = 0 (其他情况下)NELMDL might be positive or negative. A positive number means that a delay is applied after each ionic movement -- in general not a convenient option. （在每次核运动之后）A negative value results in a delay only for the start-configuration. （只在第一步核运动之前）C）关键词“NELMDL”为什么可以减少计算所需的时间？Charge density is used to set up the Hamiltonian, then the wavefunctions are optimized iteratively so that they get closer to the exact wavefunctions of this Hamiltonian. From the optimized wavefunctions a new charge density is calculated, which is then mixed with the old input-charge density. A brief flowchart is given below.（参自Manual P105 页）一般情况下，the initial guessed wavefunctions 是比较离谱的，在前NELMDL次非自洽迭代过程中保持charge density不变、保持初始的哈密顿量不变，只对wavefunctions进行优化，在得到一个与the exact wavefunctions of initial Hamiltonian较为接近的wavefunctions后，再开始同时优化charge density。

VASP计算的理论及实践总结一、赝势的选取二、收敛测试1、VASP测试截断能和K 点2、MS测试三、结构弛豫四、VASP的使用流程（计算性质）1、VASP的四个输入文件的设置2、输出文件的查看及指令3、计算单电能(1) 测试截断能(2) 测试K点4、进行结构优化5、计算弹性常数6、一些常用指令一、赝势的选取VASP赝势库中分为：PP和PAW两种势，PP又分为SP（标准）和USPP（超软）。

交换关联函数分为：LDA（局域密度近似）和GGA（广义梯度近似）。

GGA 又分为PW91和PBE。

在VASP中，其中pot ,pot-gga是属于超软势（使用较少）。

Paw, paw-pbe ,和paw-gga是属于PAW。

采用较多的是PAW-pbe 和PAW-gga。

此外vasp 中的赝势分为几种，包扩标准赝势(没有下标的)、还有硬（harder）赝势(_h)、软（softer）赝势(_s), 所谓的硬（难以赝化），就是指该元素原子的截断动能比较大，假想的势能与实际比较接近，计算得到的结果准确，但比较耗时，难以收敛。

软（容易赝化），表示该元素原子的截断动能比较小，赝势模型比较粗糙，但相对简单，可以使计算很快收敛（比如VASP开发的超软赝势）。

即硬的赝势精度高，但计算耗时。

软的精度低，容易收敛，但节省计算时间。

另一种情况：如Gd_3，这是把f电子放入核内处理，对于Gd来说，f电子恰好半满。

所以把f电子作为价电子处理的赝势还是蛮好的（类似还有Lu，全满）。

（相对其他的4f元素来说，至于把f电子作为芯内处理，是以前对4f元素的通用做法。

计算结果挺好）常用的做法是：用两种赝势测试一下对自己所关心的问题的影响情况。

在影响不大的情况下，选用不含4f电子的赝势（即后缀是3），一来减少计算量，二来避免DFT对4f电子的处理。

【1.赝势的选择：vasp的赝势文件放在目录~/vasp/potentials 下，可以看到该目录又包含五个子目录pot pot_GGA potpaw potpaw_GGA potpaw_PBE ，其中每一个子目录对应一种赝势形式。