共有四個,分別為:POSCAR、INCAR、KPOINTS和POTCAR。其中POSCAR為結構文件,KPOINTS為K點文件,POTCAR是贗勢文件。INCAR是VASP軟體的「C位「 輸入文件,它直接決定了做什麼計算以及如何做此次計算。
是否理解INCAR中參數含義,將直接決定:
☎ 我們能否正確設置參數從而得到合理的計算結果
☎ 在計算出現問題時能否向正確的方向調整參數,而不是向錯誤的方向越走越遠,最終浪費了大量的計算資源和我們最寶貴的時間。
INCAR文件中的參數眾多,對於VASP軟體使用新手來說,學習和記憶的難度都比較大。本文系統整理了INCAR中的重要參數(文章參數按排序包含了電子步、離子步參數、總體精度、動能截斷、自旋極化、範德華力修正、LDA+U、電子態密度和能帶等),涵蓋:
☎ 參數作用
☎ 參數值及釋義
☎ 參數適用性
☎ 應用參數時的注意事項等
後續我們將分享更多分子模擬學習資源,您可以關注我們的公眾號,獲得最新資源。
控制如何生成初始波函數
0:隨機生成波函數
1:從WAVECAR中讀取波函數,當讀取失敗時,會隨機生成
控制如何生成初始電荷密度
0:讀取WAVECAR生成電荷密度,當讀取失敗時,通過原子電荷密度疊加生成初始電荷密度
1:從CHGCAR中的設定讀取電荷密度
2:通過原子電荷密度的疊加方法,生成初始的猜測電荷密度
11:從CHGCAR讀取電荷密度,且在自洽循環中保持不變,適用於非自洽循環計算,如電子態密度的計算
設置自洽迭代過程優化電子波函數的算法
N:DAV算法,收斂性好,但速度慢
V:RMM算法,收斂性差,但速度快(比N快2~3倍)
F:以上算法的結合,綜合表現與V類似
Tips:結構偏離穩定結構較多的,建議用N,接近穩定結構的,可以用V。
自洽迭代循環收斂標準,單位為eV
自洽迭代過程緊鄰兩次迭代的系統能量的差與此標準相比。一般設置為1E-5~1E-6,意為兩次能量差小於設定的收斂標準,則自洽迭代結束,判定體系收斂。
自洽迭代循環的最大次數,通常設置為100
有哪些應用注意事項?
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過渡金屬體系、帶真空層的體系,設置了自旋極化的體系,此數值需要增加到200,300等。如果仍不能收斂,不建議繼續提高此數值,需要嘗試調整其他參數達到收斂的目標。
離子步弛豫(離子位置優化)算法
0:分子動力學模擬
1:準牛頓法
2:共軛梯度法
5:振動頻率計算
6:彈性常數計算
Tips:推薦設置值為2,如果初始結構和最終穩定結構接近,可以設置為1。
離子步弛豫收斂標準(包含能量標準和力的標準)
正值為系統能量變化(單位為eV),負值為原子上殘餘力(單位為:eV/埃)。多數情況用力的收斂標準判斷離子步弛豫是否收斂
Tips:三維結構可以收斂到-0.01~-0.03 eV/埃,低維體系可以收斂到-0.03~0.05eV/埃。
最大的離子步的數目 or 分子動力學模擬步數
當IBRION=1和2時,NSW代表最大的離子步數目
當IBRION=0時,NSW代表分子動力學模擬步數
離子步弛豫控制
參數說明如下圖:
3:全弛豫,適用於絕大多數的三維結構優化
2:為固定體積的弛豫,適用於如表面結構優化,微量摻雜體系優化。
4:固定體積,但是形狀可變的弛豫
Tips:複雜的結構優化過程,可以分步優化,即初始只優化離子(ISIF=2)→優化晶胞(ISIF=6)→優化離子和晶胞(ISIF=3)。
總體計算精度控制
受PREC影響的參數有四類(ENCUT; NGX,NGY,NGZ; NGXF, NGYF, NGZF; ROPT)
PREC=Low | Medium | High | Normal | Accurate | Single。
下圖總結了PREC的設置值與其控制的其他參數值的關係。
上圖如何解讀?
以ENCUT為例,當INCAR文件中未設置ENCUT參數值,此時如果將PREC設置為Normal,則ENCUT將被自動設置為POTCAR(贗勢文件)中最大的ENMAX對應的數值。
平面波截斷能,控制用多少平面波展開波函數
Tips:推薦設置為POTCAR(贗勢文件)中參數ENMAX值的1.0-1.3倍,從而兼顧計算的精度與效率。
設置自洽迭代循環中新舊電荷密度的混合比例,默認值為0.4
自洽迭代不收斂該如何調整此參數?
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自洽迭代不收斂時,可以降低此數值,即降低新的電荷密度混入的比例。
設置展寬方法,決定如何進行電子軌道分數佔據
默認值為1
值為:-5 -4 -3 -2 0 N(正值)
0:高斯方法(高斯展寬),適用於導體、半導體和絕緣體,或不清楚體系的導電性質時使用。展寬由SIGMA確定。
-5:四面體方法,適用於半導體和絕緣體
Tips:明確的半導體結構使用-5,其他絕大部分情況使用0。注意設置-5時K點網格個數要大於5。
展寬的寬度,與ISMEAR聯用,單位為eV,默認值為0.2
是否考慮電子自旋極化。默認值為1
1:非自旋極化,即每個軌道上自旋向上和自旋向下的電子數量相等。適用於非磁性體系。
2:自旋極化。適用於磁性體系,如鐵磁,反鐵磁材料。
對於磁性材料,設置初始原子磁矩
默認值是每個原子的磁矩均為1
對於含有d、f軌道的原子,需根據原子核外電子排布情況設置相應的數值
可以設置每個原子初始磁矩方向,正值為自旋向上,負值為自旋向下。
Hubbard U模型,描述電子強關聯能
參數組為:LDAU、LDAUL、LDAUU、LDAUJ
LDAU=.T. 使用LDA+U功能
LDAUL=-1/1/2/3 分別對應不加U和p、d、f軌道加U
LDAUU、LDAUJ 分別設置U和J值
Tips:LDA、GGA等交換相關泛函通常會低估帶隙,通過設置此參數可以得到更接近於真實值的帶隙計算結果。
範德華力計算方法,在DFT能量計算基礎上增加範德華力修正
10:DFT-D2方法
11:DFT-D3方法
推薦首選更新的DFT-D3方法。
哪些體系需要使用此參數呢?
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在計算表面吸附(物理吸附);弱相互作用佔體系能量比例較大的體系,如分子晶體,層狀結構體系時,要使用此參數。
範德華力計算方法
與IVDW的計算方法不同,此種方法將修改DFT內的能量計算。包含vdW-DF,optPBE-vdW, optB88-vdW, optB88b-vdW, vdw-DF2。
指定體系總電子數目
通常不用修改,默認值結合POSCAR和POTCAR自動計算體系價電子數。
若要實現體系帶電,則可控制此參數實現,在總電子數目基礎上減少n個電子,則體系帶n個電荷正電,反之是帶負電。
Tips:無法將電荷指定在某個特定原子上
控制是否輸出波函數和電荷密度
.T.: 寫波函數和電荷密度
.F.: 不寫波函數和電荷密度
態密度數據點個數,通常設置1000-3000
總態密度投影
10:投影到s、p、d、f軌道
11:投影到s、px、py、pz.....軌道
原子Wigner-Seitz半徑,控制分態密度強度
總能帶數
通常計算無需修改參數。
Tips:特別注意,光學性質計算設置為默認值的3~4倍