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，以及VASP的输入文件INCAR，KPOINTS，POTCAR

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

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 #自洽计算

NSW=0 #固定结构

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

LORBIT = 10 #局域态密度

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

Pt吸附H差分电荷计算

第一步，进入pt计算文件夹

cd crystal/pt

将结构优化h文件夹复制成h-s1文件夹

cp -r h h-s1

进入h-s1文件夹

cd h-s1

第二步，计算吸附构型电荷密度

cp CONTCAR POSCAR

vi INCAR

通过sbatch JOB命令提交计算任务，

sbatch JOB

第三步，计算催化剂和H原子电荷密度

下载整体和分离后的电荷

最后用hs-1的电荷减去hs-2和hs-3的电荷，即可得到差分电荷，可用VESTA处理作图

总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附氢差分电荷计算，差分电荷是反映界面电荷转移的一个情况，它可以生成一张图片，用 VESTA 软件可以做出来。今天来看一下如何执行这个计算。

前面已经做了H吸附的结构优化这个 h 文件夹，那需要把整体的电荷算一下，再把催化剂和这个氢拆开，各自的电荷算一下，用整体的电荷减去各自的电荷，那么就得到差分电荷，也就是界面处的电荷转移情况。把 h 变成 hs-1，这是算整体的电荷，然后再把 CONTCAR变成POSCAR结构保留下来，修改一下INCAR，执行自洽计算，保存，提交任务。接下来把催化剂拆成Pt和H，把 hs-1 变成 hs-2，这个先做Pt的，再把它变成hs-3 是做 H 的，到这个 hs-2 里面修改POSCAR，把H原子删除，提交任务，再去到 hs-3 修改POSCAR，这个时候把Pt原子删除，只留下一个氢原子。

这时候赝势要做一个调整，用H的赝势去覆盖当前的POTCAR，提交计算，这样三个电荷或者说三个自洽计算都已经开始算了，计算完成。那么接下来把三个文件夹中的电荷下载，首先 hs-1 的CHGCAR下载下来之后改一下名字，避免重复，就叫 s1.vasp。然后再去到 s2 的，也是下载 CHGCAR 叫 s2.vasp，最后下载s3。

都下载完之后用 VESTA 软件来执行差分电荷的计算。首先打开 s1 文件，得到整体的电荷，然后再用 s1 减去s2，减去s3。这边是点击Edit， Edit Data， Volumetric Data 导入，先导入s2，一个一个导入，这里有加减的选择，第二个减法。这边单位换算，不动，再导入 s3 还是做减法，那么这样就可以得到这样一个差分电荷的结果，把它的化学键做一个简单的修饰，Pt和Pt成键，Pt和H成键，然后再把它的边界做一个调整，再把电荷云的截面这个地方 show session 去掉，虽然它左右各一半，但是这样看上去就比较好看一些。

黄色的代表得电子，这个青色的代表失去电子。电荷的颜色和刻度可以在这里进行调整，这是它的刻度，正负用一种颜色也可以，正负分开画，刻度做个调整也行。现在正的是0.05，再加一个负的，正负刻度要保持一致，然后正负颜色，负的改成其他颜色也行，这样就可以，OK。那么黄色的代表得电子，红色的代表失电子，那我们可以看到这个键上面是得电子的，然后Pt这里失电子会多一些，H的上方失电子会少一些，这个和它的元素的电负性有一定的关系，中间电荷越多说明键越强。