弄懂VASP中的能量

能带结构和态密度图的绘制及初步分析前几天在QQ的群中和大家聊天的时候，发现大家对能带结构和态密度比较感兴趣，我做计算已经有一年半了，有一些经验，这里写出来供大家参考参考，希望能够对初学者有所帮助，另外写的这些内容也不可能全都正确，只希望通过表达出来和大家进行交流，共同提高。

MS这个软件的功能确实是比较强，但是也有一些地方不尽如人意的地方。

（也可能是我对一些结果不会分析所致，有些暂时不能解决的问题在最后一部分提出，希望大家来研究研究，看看有没有实现的可能性）。

能带结构、态密度和布居分析是很重要的内容，在分析能带结构和态密度的时候，往往是先作图，然后分析。

软件本身提供的作图功能并不是很强，比如说能带结构（只能带只能做point图和line图），不美观不说，对于每一个能带的走势也不好观察，感觉无从下手。

所以我一般用origin作图（右图是用origin做的能带图）。

能带结构和态密度的作图过程请参考我给大家提供的动画。

接下来我们先开看看能带结构的分析和制作！第一部分：能带结构这个部分打算先简单的介绍一下能带的基础知识，希望能对大家有所帮助，如果对能带了解比较深入的朋友，可以跳过这个部分内容，之中不当之处请勿见笑。

^_^第一个问题是：1、能带是怎样形成——轨道和一维体系的能带。

这是最基本的一个问题，我们要对能带结构进行分析，首先要知道它是如何来的。

其实能带是一种近似的结果（可以看成一种近似），是周期边界条件（bloch函数）下的一种近似。

先来看看一个最简单的问题，非周期体系有没有能带结构？答案是没有的，大家可以试试：①建一个周期的晶胞②选择build菜单下的symmetry子菜单下的none periodic superstructure去掉周期边界条件性③看看还能够运行吗？运行（run）按钮变灰了，不能提交作业了。

这说明什么问题？这说明这个CASTEP这个模块不能计算非周期的体系，另外可以参考MS中的DMOL模块，它可以计算非周期系统，虽然可以计算周期系统，但是仍不能计算能带，大家可以试试，看看property中的band structure能不能选上，一定不能！！^_^从这里，我们可以得到一个结论，对于单个原子（分子、单胞）如果不加上周期边界条件，是无法获得能带结构的。

VASP计算能带量子化学网版权所有/Experience/CommonSoftwares/VASP/Electroni cCalc/200602/1043.htmlVASP Version : 4.6在此文中，我将用硅晶体作为实例，来说明如何用VASP4.6来计算固体的能带结构。

首先我们要了解晶体硅的结构，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对的位置为(a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常数。

在计算中，我们采用FCC的原胞，每个原胞里有两个硅原子。

VASP计算需要以下的四个文件：INCAR（控制参数）, KPOINTS（倒空间撒点）, POSCAR （原子坐标）, POTCAR（赝势文件）为了计算能带结构，我们首先要进行一次自洽计算，得到体系正确的基态电子密度。

然后固定此电荷分布，对于选定的特殊的K点进一步进行非自洽的能带计算。

有了需要的K点的能量本征值，也就得到了我们所需要的能带。

步骤一.—自洽计算产生正确的基态电子密度：以下是用到的各个文件样本:INCAR 文件：SYSTEM = SiStartparameter for this run:NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timerPREC = medium medium, high lowISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecutICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-constISPIN = 1 spin polarized calculation?Electronic Relaxation 1NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM stepsEDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELMLREAL = .FALSE. real-space projectionIonic relaxationEDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOMNSW = 0 number of steps for IOMIBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CGISIF = 2 stress and relaxationPOTIM = 0.10 time-step for ionic-motionTEIN = 0.0 initial temperatureTEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during runDOS related values:ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus Electronic relaxation 2 (details)Write flagsLWAVE = T write WAVECARLCHARG = T write CHGCARVASP给INCAR文件中的很多参数都设置了默认值，所以如果你对参数不熟悉，可以直接用默认的参数值。

个人非常好的VASP学习与总结VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一种用于计算材料电子结构和材料性质的第一性原理软件包。

它是由奥地利维也纳大学的Peter Blöchl教授和Jürgen Hafner教授等人开发的。

VASP广泛应用于材料科学、凝聚态物理、表面科学、催化化学等领域，并且已成为当前计算材料科学研究中的重要工具。

我的VASP学习与总结主要包括以下几个方面：一、理论基础在学习VASP之前，我首先了解了从头计算的理论基础。

这包括了量子力学、自旋极化的密度泛函理论、平面波基组和赝势等关键概念。

我通过阅读相关文献和教材，深入理解了这些理论基础，并通过编程实现了一些基本的从头计算算法，如Hartree-Fock法和密度泛函理论。

二、VASP软件架构和输入文件学习VASP的过程中，我详细了解了VASP的软件架构和输入文件的格式。

VASP的软件架构分为主程序和一系列的预处理工具、后处理工具和与其他软件的接口。

对于输入文件，我了解了INCAR文件中的各种参数，如体系的描述、计算方法、收敛准则等；POSCAR文件中的晶体结构描述；KPOINTS文件中的k点网格描述等。

我还学习了如何使用VASP进行周期性边界条件下的能带计算、电子密度计算和弛豫力计算等。

三、VASP计算结果的解析和可视化VASP计算得到的结果需要进一步解析和可视化。

我学习了使用一些常用的后处理工具，如VASP可视化工具、VESTA和XCrysDen等，来分析和可视化VASP计算的结果。

这些工具可以帮助我理解晶体结构、电子能带结构以及电荷分布等。

四、VASP参数优化和计算效率为了得到准确的计算结果，我尝试了调整VASP计算中的一些参数，如波函数截断、k点密度、能量收敛准则等，以获得更准确的计算结果。

此外，我还学习了使用并行计算技术来提高VASP计算的效率，如MPI和OpenMP等，并了解了VASP在高性能计算集群上的使用方法。

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。

VASP使用总结VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一款基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算软件，主要用于材料科学和凝聚态物理领域的计算。

它提供了丰富的功能和工具，可以用于模拟和研究各种材料的物理和化学性质。

以下是对VASP使用的总结：1.输入文件的准备在进行VASP计算之前，首先需要准备好输入文件。

VASP使用的输入文件包括POSCAR、INCAR、POTCAR等。

POSCAR文件用于定义晶体结构和原子坐标，INCAR文件用于定义计算参数和设置计算方法，POTCAR文件用于定义原子的赝势。

2.材料结构的优化VASP可以通过结构优化计算来确定材料的最稳定结构。

结构优化计算通过改变原子位置和晶胞大小，寻找最低能量的结构。

可以使用ISIF 参数来设置优化类型，如禁止移动原子、禁止改变晶胞大小等。

3.能带结构的计算VASP可以计算材料的能带结构，从而提供关于能带轨道和能带间隙的信息。

能带结构计算需要先进行结构优化计算，然后再进行自洽计算和能带计算。

可以通过设置KPOINTS和NBANDS参数来控制计算的精度和效率。

4.密度状态的计算VASP可以计算材料的密度状态，包括电荷密度、电荷分布和电子态密度等。

通过密度状态计算，可以了解材料的电子结构和性质。

可以通过设置LSORBIT、IALGO和NPAR等参数来控制计算的模式和效率。

5.势能面的计算VASP可以计算材料的势能面，并通过构建势能面图像来显示材料的稳定性和反应性。

势能面计算需要进行结构优化计算，然后通过改变原子位置和晶胞大小来势能面上的最低能量和结构。

6.热力学性质的计算VASP可以通过计算自由能、热容和热膨胀系数等热力学性质来了解材料的热稳定性和热响应。

热力学性质的计算需要进行结构优化计算和自洽计算，然后使用VASP提供的工具和脚本进行热力学性质的分析和计算。

7.计算结果的解析和可视化VASP提供了丰富的工具和脚本，可以用于解析和可视化计算结果。

VASP⼏个计算实例⽤VASP计算Ｈ原⼦的能量氢原⼦的能量为。

在这⼀节中，我们⽤VASP计算H原⼦的能量。

对于原⼦计算，我们可以采⽤如下的INCAR⽂件PREC=ACCURATENELMDL = 5 make five delays till charge mixingISMEAR = 0; SIGMA=0.05 use smearing method采⽤如下的KPOINTS⽂件。

由于增加K点的数⽬只能改进描述原⼦间的相互作⽤，⽽在单原⼦计算中并不需要。

所以我们只需要⼀个K点。

Monkhorst Pack 0 Monkhorst Pack1 1 10 0 0采⽤如下的POSCAR⽂件atom 115.00000 .00000 .00000.00000 15.00000 .00000.00000 .00000 15.000001cart0 0 0采⽤标准的H的POTCAR得到结果如下：k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000band No. band energies occupation1 -6.3145 1.000002 -0.0527 0.000003 0.4829 0.000004 0.4829 0.00000我们可以看到，电⼦的能级不为。

Free energy of the ion-electron system (eV)---------------------------------------------------alpha Z PSCENC = 0.00060791Ewald energy TEWEN = -1.36188267-1/2 Hartree DENC = -6.27429270-V(xc)+E(xc) XCENC = 1.90099128PAW double counting = 0.00000000 0.00000000entropy T*S EENTRO = -0.02820948eigenvalues EBANDS = -6.31447362atomic energy EATOM = 12.04670449---------------------------------------------------free energy TOTEN = -0.03055478 eVenergy without entropy = -0.00234530 energy(sigma->0) = -0.01645004我们可以看到也不等于。