Fcc Si 优化晶格常数

2018-03-30 本文已影响666人 jenny42

这是按照VASP官方wiki的这篇教程进行的：
https://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/Fcc_Si

任务

针对 fcc 结构的硅晶体，用VASP做晶格常数优化
Lattice constant optimization for fcc Si.

输入文件

POSCAR

表示晶格的几何结构参数和位置信息。

fcc Si:
 3.9
 0.5 0.5 0.0
 0.0 0.5 0.5
 0.5 0.0 0.5
   1
cartesian
0 0 0

第一行是注释，可以写体系名称。
第二行是晶格尺寸放大因子，并不是一般意义的晶格常数。
第三行到第五行是晶格的三个基矢的坐标表示。
第六行是一个原胞中每种原子的个数，fcc Si 体系只有一种原子，故写 1。
第七行表示选择 Cartesian 模式，也就是接下来的原子坐标是相对值，实际值应该是相对值乘以晶格常数。如果是 direct coordinates (respectively fractional coordinates) 模式，也就是相对分数坐标，这里是以晶格基矢作为单位长度。如下图

第八行表示一个晶胞中，硅原子的位置相对坐标。

INCAR

VASP最重要的输入文件，决定如何进行计算，包含诸多计算设置参数

System = fcc Si
ISTART = 0 ;    # WAVECAR not exists
ICHARG = 2 ;    # ICHARG    =   2   if ISTART=0
ENCUT = 240 ;    # ENMAX
ISMEAR = 0;      # Gaussian smearing
SIGMA = 0.1;

KPOINTS

k-points
 0
Monkhorst Pack
 11 11 11
 0  0  0

POTCAR

POT这部分我不懂，我用的是这个文件夹里的Si的POTCAR，先解压，然后在挪到 node0 上面

zcat /share/apps/src/vasp/pseudopotential/pot/Si/POTCAR.Z > POTCAR
scp POTCAT node0:

跑计算

将以下代码复制保存到 loop.sh 脚本，并将 BIN = xxx 那一行改成服务器上VASP的位置，用 qsub loop.sh 在服务器上提交任务。

#! /bin/bash
BIN=/path/to/your/vasp/executable
rm WAVECAR SUMMARY.fcc
for i in  3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 ; do
cat >POSCAR <<!
fcc:
   $i
 0.5 0.5 0.0
 0.0 0.5 0.5
 0.5 0.0 0.5
   1
cartesian
0 0 0
!
echo "a= $i" ; mpirun -np 2 $BIN
E=`awk '/F=/ {print $0}' OSZICAR` ; echo $i $E  >>SUMMARY.fcc
done
cat SUMMARY.fcc

执行之后输出

3.5 1 F= -.51818779E+01 E0= -.51796045E+01 d E =-.454679E-02
3.6 1 F= -.53717498E+01 E0= -.53703293E+01 d E =-.284111E-02
3.7 1 F= -.54745572E+01 E0= -.54725053E+01 d E =-.410370E-02
3.8 1 F= -.55139872E+01 E0= -.55125659E+01 d E =-.284275E-02
3.9 1 F= -.55018762E+01 E0= -.55003451E+01 d E =-.306218E-02
4.0 1 F= -.54504318E+01 E0= -.54498438E+01 d E =-.117605E-02
4.1 1 F= -.53649281E+01 E0= -.53640947E+01 d E =-.166693E-02
4.2 1 F= -.52519565E+01 E0= -.52504712E+01 d E =-.297049E-02
4.3 1 F= -.51208484E+01 E0= -.51188572E+01 d E =-.398253E-02

也就是我们依次将晶格常数设置成3.5到4.3中的值，然后跑VASP计算，并且将计算结果中的能量值挑出来画图。我在OUTCAR里找到对应的能量值，发现在文档最后面。

OUTCAR里Free energy

另外我还找到了 energy-cutoff 等于240.00 eV，不知道为啥我在 POTCAR 里没找到

Energy-cutoff

作图

用 gnuplot 作图，可能先要下载 gnuplot，然后开启服务器图形功能，通过ssh -X -Y 登录主机。

gnuplot
gnuplot> plot "SUMMARY.fcc" using ($1):($4) w lp

晶格能量与晶格常数关系图

可见晶格常数为3.8 A 时，体系能量最低。