VASP軟件的輸入文件

共有四個(gè)，分別為：POSCAR、INCAR、KPOINTS和POTCAR。其中POSCAR為結(jié)構(gòu)文件，KPOINTS為K點(diǎn)文件，POTCAR是贗勢(shì)文件。INCAR是VASP軟件的“C位“ 輸入文件，它直接決定了做什么計(jì)算以及如何做此次計(jì)算。

是否理解INCAR中參數(shù)含義，將直接決定：

?? 我們能否正確設(shè)置參數(shù)從而得到合理的計(jì)算結(jié)果

?? 在計(jì)算出現(xiàn)問題時(shí)能否向正確的方向調(diào)整參數(shù)，而不是向錯(cuò)誤的方向越走越遠(yuǎn)，最終浪費(fèi)了大量的計(jì)算資源和我們最寶貴的時(shí)間。

INCAR文件中的參數(shù)眾多，對(duì)于VASP軟件使用新手來說，學(xué)習(xí)和記憶的難度都比較大。本文系統(tǒng)整理了這些參數(shù)，涵蓋：

?? 參數(shù)作用

?? 參數(shù)值及釋義

?? 參數(shù)適用性

?? 應(yīng)用參數(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)等

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01、ISTART

控制如何生成初始波函數(shù)

0：隨機(jī)生成波函數(shù)

1：從WAVECAR中讀取波函數(shù)，當(dāng)讀取失敗時(shí)，會(huì)隨機(jī)生成

02、ICHAGE

控制如何生成初始電荷密度

0：讀取WAVECAR生成電荷密度，當(dāng)讀取失敗時(shí)，通過原子電荷密度疊加生成初始電荷密度

1：從CHGCAR中的設(shè)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(cè)電荷密度

11：從CHGCAR讀取電荷密度，且在自洽循環(huán)中保持不變，適用于非自洽循環(huán)計(jì)算，如電子態(tài)密度的計(jì)算

03、ALGO

設(shè)置自洽迭代過程優(yōu)化電子波函數(shù)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(jié)合，綜合表現(xiàn)與V類似

如何根據(jù)初始結(jié)構(gòu)選擇合適的方法呢？

Tips：結(jié)構(gòu)偏離穩(wěn)定結(jié)構(gòu)較多的，建議用N，接近穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的，可以用V。

04、EDIFF

自洽迭代循環(huán)收斂標(biāo)準(zhǔn)，單位為eV

自洽迭代過程緊鄰兩次迭代的系統(tǒng)能量的差與此標(biāo)準(zhǔn)相比。一般設(shè)置為1E-5~1E-6，意為兩次能量差小于設(shè)定的收斂標(biāo)準(zhǔn)，則自洽迭代結(jié)束，判定體系收斂。

05、NELM

自洽迭代循環(huán)的最大次數(shù)，通常設(shè)置為100

Tips：過渡金屬體系、帶真空層的體系，設(shè)置了自旋極化的體系，此數(shù)值需要增加到200，300等。如果仍不能收斂，不建議繼續(xù)提高此數(shù)值，需要嘗試調(diào)整其他參數(shù)達(dá)到收斂的目標(biāo)。

06、IBRION

離子步弛豫（離子位置優(yōu)化）算法

0：分子動(dòng)力學(xué)模擬

1：準(zhǔn)牛頓法

2：共軛梯度法

5：振動(dòng)頻率計(jì)算

6：彈性常數(shù)計(jì)算

Tips：推薦設(shè)置值為2，如果初始結(jié)構(gòu)和最終穩(wěn)定結(jié)構(gòu)接近，可以設(shè)置為1。

07、EDIFFG

離子步弛豫收斂標(biāo)準(zhǔn)（包含能量標(biāo)準(zhǔn)和力的標(biāo)準(zhǔn)）

正值為系統(tǒng)能量變化（單位為eV），負(fù)值為原子上殘余力（單位為：eV/埃）。多數(shù)用力的收斂標(biāo)準(zhǔn)判斷離子步弛豫是否收斂

Tips：三維結(jié)構(gòu)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。

08、NSWICHAGE

最大的離子步的數(shù)目 or 分子動(dòng)力學(xué)模擬步數(shù)

當(dāng)IBRION=1和2時(shí)，NSW代表最大的離子步數(shù)目

當(dāng)IBRION=0時(shí)，NSW代表分子動(dòng)力學(xué)模擬步數(shù)

09、ISIF

離子步弛豫控制

參數(shù)說明如下圖：

3：全弛豫，適用于絕大多數(shù)的三維結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2：為固定體積的弛豫，適用于如表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，微量摻雜體系優(yōu)化。

4：固定體積，但是形狀可變的弛豫

Tips：復(fù)雜的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程，可以分步優(yōu)化，即初始只優(yōu)化離子（ISIF=2）→優(yōu)化晶胞（ISIF=6）→優(yōu)化離子和晶胞（ISIF=3）。

10、PREC

總體計(jì)算精度控制

受PREC影響的參數(shù)有四類（ENCUT; NGX,NGY,NGZ; NGXF, NGYF, NGZF; ROPT）

PREC=Low | Medium | High | Normal | Accurate | Single。

下圖總結(jié)了PREC的設(shè)置值與其控制的其他參數(shù)值的關(guān)系。

上圖如何解讀？

以ENCUT為例，當(dāng)INCAR文件中未設(shè)置ENCUT參數(shù)值，此時(shí)如果將PREC設(shè)置為Normal，則ENCUT將被自動(dòng)設(shè)置為POTCAR（贗勢(shì)文件）中最大的ENMAX對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

11、ENCUT

平面波截?cái)嗄埽刂朴枚嗌倨矫娌ㄕ归_波函數(shù)

推薦設(shè)置為POTCAR（贗勢(shì)文件）中參數(shù)ENMAX值的1.0-1.3倍，從而兼顧精度與效率。

12、AMIX

設(shè)置自洽迭代循環(huán)中新舊電荷密度的混合比例，默認(rèn)值為0.4

Tips：自洽迭代不收斂該如何調(diào)整此參數(shù)？

自洽迭代不收斂時(shí)，可以降低此數(shù)值，即降低新的電荷密度混入的比例。

13、ISMEAR

設(shè)置展寬方法，決定如何進(jìn)行電子軌道分?jǐn)?shù)占據(jù)

默認(rèn)值為1

值為：-5 -4 -3 -2 0 N(正值)

0：高斯方法(高斯展寬)，適用于導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，或不清楚體系的導(dǎo)電性質(zhì)時(shí)使用。展寬由SIGMA確定。

-5：四面體方法，適用于半導(dǎo)體和絕緣體

Tips：明確的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使用-5，其他絕大部分情況使用0. 注意設(shè)置-5時(shí)K點(diǎn)網(wǎng)格個(gè)數(shù)要大于5

14、SIGMA

展寬的寬度，與ISMEAR聯(lián)用，單位為eV，默認(rèn)值為0.2

15、ISPIN

是否考慮電子自旋極化。默認(rèn)值為1

1：非自旋極化，即每個(gè)軌道上自旋向上和自旋向下的電子數(shù)量相等。適用于非磁性體系。

2：自旋極化。適用于磁性體系，如鐵磁，反鐵磁材料。

16、MAGMOM

對(duì)于磁性材料，設(shè)置初始原子磁矩

默認(rèn)值是每個(gè)原子的磁矩均為1

對(duì)于含有d、f軌道的原子，需根據(jù)原子核外電子排布情況設(shè)置相應(yīng)的數(shù)值

可以設(shè)置每個(gè)原子初始磁矩方向，正值為自旋向上，負(fù)值為自旋向下

17、LDA+U

Hubbard U模型，描述電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)能

參數(shù)組為：LDAU、LDAUL、LDAUU、LDAUJ

LDAU=.T. 使用LDA+U功能

LDAUL=-1/1/2/3 分別對(duì)應(yīng)不加U和p、d、f軌道加U

LDAUU、LDAUJ 分別設(shè)置U和J值

Tips：LDA、GGA等交換相關(guān)泛函通常會(huì)低估帶隙，通過設(shè)置此參數(shù)可以得到更接近于真實(shí)值的帶隙計(jì)算結(jié)果。

18、IVDW

范德華力計(jì)算方法，在DFT能量計(jì)算基礎(chǔ)上增加范德華力修正

10：DFT-D2方法

11：DFT-D3方法

推薦首選更新的DFT-D3方法。

?Tips：哪些體系需要使用此參數(shù)呢？

在計(jì)算表面吸附（物理吸附）；弱相互作用占體系能量比例較大的體系，如分子晶體，層狀結(jié)構(gòu)體系時(shí)，要使用此參數(shù)。

19、LUSE_VDW

范德華力計(jì)算方法

與IVDW的計(jì)算方法不同，此種方法將修改DFT內(nèi)的能量計(jì)算。包含vdW-DF，optPBE-vdW, optB88-vdW, optB88b-vdW, vdw-DF2。

20、NELECT

指定體系總電子數(shù)目

通常不用修改，默認(rèn)值結(jié)合POSCAR和POTCAR自動(dòng)計(jì)算體系價(jià)電子數(shù)。

若要實(shí)現(xiàn)體系帶電，則可控制此參數(shù)實(shí)現(xiàn)，在總電子數(shù)目基礎(chǔ)上減少n個(gè)電子，則體系帶n個(gè)電荷正電，反之是帶負(fù)電。

Tips：無法將電荷指定在某個(gè)特定原子上

21、LWAVE/LCHARG

控制是否輸出波函數(shù)和電荷密度

.T.: 寫波函數(shù)和電荷密度

.F.: 不寫波函數(shù)和電荷密度

22、NEDOS

態(tài)密度數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，通常設(shè)置1000-3000

23、LORBIT

總態(tài)密度投影

10：投影到s、p、d、f軌道

11：投影到s、py、px、pz.....軌道

24、RWIGSRWIGS

原子Wigner-Seitz半徑，控制分態(tài)密度強(qiáng)度

25、NBANDS

總能帶數(shù)

通常計(jì)算無需修改參數(shù)。光學(xué)性質(zhì)計(jì)算設(shè)置為默認(rèn)值的3~4倍