VASP計算中INCAR的設置

2022-01-05 跟小王學習DFT

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INCAR文件控制 VASP 進行何種性質的計算,並設置了計算方法中一些重要的參數,這些參數主要包括以下幾類:

➊ 對所計算的體系進行注釋:SYSTEM

➋ 定義如何輸入或構造初始的電荷密度和波函數:ISTART, ICHARG

➌ 定義電子的優化:

平面波切斷動能和綴加電荷時的切斷值:ENCUT, ENAUG

電子部分優化的方法:ALGO, IALGO, LDIAG

電荷密度混合的方法:IMIX, AMIX, AMIN, BMIX 等

自洽迭代步數和收斂標準:NELM, NELMIN, NELMDL, EDIFF

➍ 定義離子或原子的優化


原子位置優化的方法和步數:IBRION, NSW
離子弛豫收斂標準:EDIFFG

➎ 定義態密度積分的方法和參數


smearing 方法和參數:ISMEAR, SIGMA
計算態密度時能量範圍和點數:EMIN, EMAX, NEDOS
計算分波態密度的參數:RWIGS, LORBIT

➏ 其它


計算精度控制:PREC
磁性計算:ISPIN, MAGMOM, NUPDOWN
交換關聯函數:GGA, VOSKOWN

計算 ELF 和總的局域勢:LELF, LVTOT

結構優化參數:ISIF

(1) 結構弛豫(EDIFF和EDIFFG)的一些經驗:

結構弛豫的判據一般有兩種選擇:能量和力。這兩者是相關的,理想情況下,能量收斂到基態,力也應該是收斂到平衡態的。但是數值計算過程上的差異導致以二者為判據的收斂速度差異很大,力收斂速度絕大部分情況下都慢於能量收斂速度。這是因為力的計算是在能量的基礎上進行的,能量對坐標的一階導數得到力。計算量的增大和誤差的傳遞導致力收斂慢。

結構優化分電子迭代和離子弛豫兩個嵌套的過程。電子迭代自洽的速度,有四個響很大的因素:初始結構的合理性,K點密度,是否考慮自旋和高斯展寬(SIGMA);離子弛豫的收斂速度,有三個很大的影響因素:弛豫方法(IBRION),步長(POTIM)和收斂判據(EDIFFG)。

(2) IBRION設置的一些經驗:

如果結構已經比較接近最優結構了,也就是說採用的初始結構是實驗測定的或者別人優化過的,那不妨使用IBRION=1。

IBRION=2是屬於「通用型」的參數,對於比較難優化的結構可以採用這個共軛梯度算法。如果初始結構參數比較離譜的話不妨使用IBRION=3的阻尼分子動力學。

不過推薦的還是IBRION=2的設置,即便這個有些問題,也可以拿它的結果作為粗略結果,再用IBRION=1進行更精確的優化。

(3) ISMEAR設置的一些經驗

ISMEAR決定了如何確定每個波函數的佔有數 ,通俗點講:就是說電子在費米面附近佔據數從0突變到1,這是個deta函數,為了計算方便,用一個平滑點的函數在費米面附近代替這個deta函數,這樣計算就不容易振蕩,易於收斂。ismear就是控制這種平滑函數的。

進行任何的靜態計算或態密度計算,且K點數目(從IBZKPT文件中讀取)大於4時,取ISMEAR=-5;當由於原胞較大而K點數目較少(小於4個)時,取ISMEAR=0,並設置一個合適的SIGMA值。另外對半導體或絕緣體的計算(不論是靜態還是結構優化),取ISMEAR=-5;當體系呈現金屬性時,取ISMEAR=1和2,以及設置一個合適的SIGMA值。在進行能帶結構計算時,ISMEAR 和SIGMA用默認值就好。一般說來,無論是對何種體系,進行何種性質的計算,採用ISMEAR=0 ,並選擇一個合適的SIGMA值都能得到合理的結果。

註:for very accurate DOS and total energy calculations ISMEAR=-5 always should be used.

(4) ICHARG 設置的一些經驗

關於官網給出的解釋:


ICHARG= 0 #Calculate charge density from initial orbitals.
ICHARG= 2 #Take superposition of atomic charge densities.
ICHARG= 1 #Read the charge density from file CHGCAR , and extrapolate from the old positions (on CHCGAR) to the new positions using a linear combination of atomic charge densities.
ICHARG= 11 #to obtain the eigenvalues (for band structure plots) or the DOS for a given charge density read from CHGCAR.

0和2從官網語句中就能看出不同,一個是從初始軌道推導計算出電荷密度,另一個是利用疊加原理直接拿原子電荷密度重疊作為電荷密度,不過要具體了解這兩種方法是怎麼操作的那還得問開發者啦,1讀取的是已有的CHARGCAR文件,這三種選擇CHARGCAR在後續計算中都有迭代更新;而選擇11則電荷密度從始至終都是採用已有的CHARGCAR文件進行計算,這是計算DOS和BAND時的常用辦法。

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來源:邵燦燦科學網博客

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