VASP如何计算Bader电荷?
创始人
2025-10-14 17:39:42
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VASP自洽计算原理

VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)是一款基于密度泛函理论(DFT)的量子力学模拟软件,广泛应用于材料科学、化学、物理学等领域。

其核心计算方法之一是自洽场(Self-Consistent Field, SCF)算法,解决Kohn-Sham方程,该算法通过迭代计算电子波函数和密度,直到系统达到自洽状态。

自洽计算是VASP计算中最基础也是最重要的步骤,其目的是找到电子波函数和相应的总能量,使得电子在晶胞中的分布达到自洽。自洽计算通常包括电荷密度的初始化、波函数的迭代优化以及能量和力的计算。

准备工作

VASP计算需要准备超算连接软件EASYCONNECT与SSH,建模软件VESTA,超算连接软件Winscp

VESTA软件下载链接

jp-minerals.org/vesta/en/download.html

EASYCONNCT软件下载链接

EasyConnect下载-EasyConnect最新版下载V7.6.7.0

Winscp软件下载链接

Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP

VASP输入参数说明

INCAR文件:

ISTART=0 #开始新的任务,随机产生初始波函数

ICHARG=2 #开始新的任务,从原子电荷密度产生体系初始电荷密度

PREC=M #计算精度,决定ENCUT

ISPIN=2 #打开自旋极化

ALGO=N #确定电子优化的算法

NELM=60 #电子波函数最多计算60步

EDIFF=1E-5 #相邻两步电子迭代的能量差收敛标准

ENCUT=400 #平面波截断能400 eV

IVDW=11 #考虑范德华力修正

IBRION=-1 #固定结构、自洽计算

NSW=0 #离子弛豫的步数

ISIF=2 #固定晶格优化原子坐标

EDIFFG=-0.1 #离子弛豫的force的收敛标准

ISMEAR=0 #费米能级附近电子占据数为高斯分布,适合金属、半导体、绝缘体

SIGMA=0.1 #高斯分布展宽0.1 eV

KPOINTS文件:

Automatic generation #注释行

0 #自动产生K点网格

G #布里渊区K点网格以Gamma点为中心

6 6 1 #K点网格密度

0 0 0 #K点网格中心平移矢量

pt001电荷密度计算

第一步,进入pt计算文件夹

cd crystal/pt

将结构优化pure文件夹复制成自洽计算s文件夹

cp -r pure s

进入s文件夹

cd s

把 CONTCAR 复制成POSCAR

cp CONTCAR POSCAR

第二步,修改结构优化的 INCAR 文件

修改 INCAR 文件,让VASP执行自洽计算,修改IBRION=-1、NSW=0、LAECHG=.T.

vi INCAR

第三步,提交自洽计算

sbatch JOB

使用 squeue 命令来看任务队列,已清空。

计算完成后查看输出文件output

cat output

第四步,chgsum.pl和bader脚本处理数据

首先进行电荷求和

chgsum.pl AECCAR0 AECCAR2

然后计算Bader电荷

bader CHGCAR -ref CHGCAR_sum

Bader电荷结果在ACF.dat文件中的CHARGE一列

总结

华算科技朱老师给大家介绍 pt001 的Bader电荷计算。Bader电荷是要依托于自洽计算完成的,首先之前已经做好了 001 面的结构优化 计算,在pure 文件夹中,那么这里做一次自洽计算,把 pure 复制成 s, 进到自洽在计算文件夹 s 里面,第一步把CONTCAR变成POSCAR结构保留下来,然后修改INCAR。先进行自洽参计算的参数修改, IBRION =-1, NSW =0,然后加上Bader电荷的标签, LAECHG =.T. ,这个会输出原子、芯电子和价电子的一些信息,后续用脚本可以得到Bader电荷,也就是每个原子上的电荷数值,它并没有曲线图,它是以列表的形式展示的。

自洽计算算完之后可以看到得到了 AECCR0 文件和 AECCAR2文件,还需要用到 CHGCAR 这样三个文件进行 Bader 的分析。第一步,使用脚本 chgsum.pl,这是求和的一个脚本。把这个AECCR0和AECCAR2文件的电荷密度相加完之后,它会输出一个CHGCAR_sum文件,然后再使用 Bader 命令 bader CHGCAR -ref CHGCAR_sum 把这两个文件做一次处理,得到Bader电荷数据。最后的结果输出在 ACF. dat 文件中,可以看一下这里的 CHARGE一列,就是每个pt原子上的Bader电荷,那么要分析它的电子转移的话,可以和赝势中的价电子进行对比。

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