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VASP
表面计算步骤小结（侯博士）
一、概述
vasp
用
“slab”
模型来模拟表面体系结构。
vasp
计算表面的大概步骤是：
材料体性质的计算；表面模型的构造；表面结构的优化；表面性质的计算。
二、分步介绍
1
、材料体性质计算：
本步是为了确定表面计算时所需的一些重要参数：
ENCUT<
/p>
、
SIGMA
（
smearing
方法为
ISMEAR
＝
1
或
0
时；
而通常表面体系结构优化时选择这种
smearing
方法）
、晶格参数。
<
一
>
在计算前，要明确：何种
PP
；
ENCUT
；
KPOINTS
;SIGMA;PREC;EX-
CO
，这其实是准备
proper input
files
。
a.
何种
PP
选择的
PP
能使计算得到的单个原子能量值在
1meV~10meV
之间。
［参见
P
21
］
< br>所求得的单原子能量（对称性破缺时）可用来提高结合能的精度。
b. ENCUT
[
参
见
P
14 ]
选择的
ENCU
T
应使得总能变化在
0.001eV
左
右为宜。
注意：试探值最小
为
POTCAR
中的
ENMAX
（多个时，取最大的）
，递增间隔
50
；
另外，在进行变体积的结构优化时，最好保证
ENCUT
＝
1.3ENMAX
，以得到合理精度。
c. PREC
［参
见
P
16
］
< br>控制计算精度的最重要参数，决定了（未指定时）
ENCUT
、
FFT
网格、
ROPT
取值。
一
般计算取
NORMAL
；当要提高
St
ress tensor
计算精度时，
HIGH
或
ACCURATE
，并手动设置
< br>ENCUT
。
d.
EDIFF
＆
EDIFFG
［参
见
P16
］
EDIFF
判断电子结构部分自恰迭代时自恰与否，
一般取默认值＝
1E
－
4
；
EDIFFG
控制离子部分驰豫
e.
ISTART
＆
ICHARGE
［参
见
P
16
］
ISTART =
1, ICHARG =
11
：能带结构、电子态密度计算时；
ISTART =0, ICHARG =
2
：其余计算
ISTART
= 1
，
ICHARG = 1
（其他
所有不改变）
：断点后续算设置
f. GGA & VOSKOWN
［参
见
P
16
］
GGA
＝
91
：
Perdew -Wang 91
；
GGA
＝
PE
：
Perdew-Burke-Ernzerhof
VOSKOWN
＝
1
（
GGA
＝
91
时）
；
VOSKOWN
＝默认（其余情况）
g. ISIF
［参
见
P
16
］
控制结构参数之优化。在对原胞进行变形状或者体积的优化时，
ENCUT
要取大（比如
1.3ENMAX
或
PREC
＝
HIGH
）
,
以消除
Pulay
Stress
导致的误差。
h. ISMEAR & SIGMA
［参
见
P
18
］
< br>进行任何静态计算时，且
K
点数目大于
< br>4
，
ISMEAR
＝－
5
；
当原胞太大，导致
K
点数目小于
4
时，
ISMEAR = 0
，并且要设置一个
SIGMA
；
对绝缘体和半导体，不论是静态计算还是结构优化，<
/p>
ISMEAR = -5
；
对金属体系，
SMEAR=1
和
2
，并且设置一个
SIGMA
；
能带结构计算，用默认值：
ISMEAR
＝
1
，
SIGMA
＝
0.2
；
一般来说，对于任何体系，任何计算，采用
ISMEAR
＝
0
，并选
择合适的
SIGMA
都会得到合理结果。
选择的
SIGMA
应使得
entropy T*S EENTRO
绝对值最小。
K
点数目变化后，
SIGMA
需再优化。
i. RWIGS
[
参
见
P
19]
一般取
POTCAR<
/p>
中以
A
为单问的
RWIGS
值。
j. K points
[
参
见
P
19]
选择的
K
点应使得总能变化在
0.001eV
左右即可。<
/p>
k.
一些重要的参数在默认下的值
NSW =0
，
IBRION
＝－
1
，
ISIF
＝
2
：静态计算。
<
二
>
a.
体材料结合能修正。
［参见
P
21
］
在
OUTCAR
中
energy
without
entropy
之后的那个能量值，就是修正值
b.
结
构参数优
化。
［参
见
P
22
］
简单情况
（没有内部自由度如晶胞形状、
原子位置）
：
静态计算，
得出
E
～
V
关系，
然后用
Birch-Murnaghan
状态方程
拟
合。
复杂情况：
总思路是先
“
建立好房子
”
，再
“
放好桌子
”
。
先算一步结构优化（取
ISIF
＝
5
，只改变
“
房子
”
形貌，房
间大小不变，家具不予考虑）
，接着算一步静态自恰
计算，从而
得到某结构参数下的能量，如此循环得到
E
～
< br>V
关系。用状态方程拟合得到平衡体积。
在该体积下，重复
1
（取
ISIF
＝
2,
房子造好后，考虑的是如何放家具。此处一般是使得每个家具受力达到某
中小即可认为达到稳定结构）
、
2
两步，便得到了所有的晶格参数值，如离子坐标。
c. VASP
得到的总能即是结合能，不过还要减去前
面得到的修正值。
d.
自
恰的电荷密
度
［参
见
P
26
］
优化得到晶格参数后，再进行静态的自恰计算，就得到了自恰的电荷密度。
此时的
POSCAR
为从优化晶格参数时可
CONTCAR
得到。
KPOINTS
不变
典
型的
INCAR
设置是：
ENCUT = 250
ISTART = 0;
ICHARG = 2
ISMEAR = -5
PREC
= Accurate
计算完后，注意保存相关结果，相应命令为：
$$mkdir scf
$$tar czvf CHG*
$$cp INCAR KPOINTS POSCAR OUTCAR scf/.
最后，进行面电荷密度分析：先建立
，
再用
VENUS
软件打开。
e.
能
带结构计
算
［参
见
P
28
］
这是在自恰计算完成后的非自恰计算：
准备好产生
K
< br>点的
syml
文件；
用
gk.x
产生
KPOINTS
；
将前面静态自恰得到的
解压缩；
设置
INCAR
，注意
NBANDS
进行非自恰静态计算。得到
EIG
ENVAL
文件。
修改
syml
，然后用
p
bnd.x
把
EIGENVAL
转换成
和
。再
用
origin
画图。
f.
电
子态密
度
［参
见
P
29
］
这也是在自恰完成后的非自恰静态计算：
准备好
K
点，增加网络；
准备好
INCAR
，注意
RWIGS
取值；
利用自恰得到的电荷密度，进行非自恰的静态计算；
得到
DOSCAR
；
利用
split_dos
对
DOSCAR
进行分割。
2
、
slab
模型的构
造
［参
见
P31
］
构建
slab
模型的要素：体材料的晶
格参数；表面特征（米勒指数、二维周期性）
；真空层以及原子层厚度。
其中二维周期性的选择，对于
bared surf
ace
，应当取不同的值，以考察是不是有重构现象；而对于有缺陷的，
则依据要考察的缺陷浓度选择。
厚度的选取，是依据不同厚度对总能的影响来决定的。
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