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贺仪

铁杆木虫 (著名写手)

[交流] 【活动or资源】vasp晶体结构优化

结构优势是我们做计算的的第一步，往往也是最重要的一步，一个不合理的结够优化可能导致错误的结果。在论坛里面也有很多虫子们问关于结构优化的问题，貌似大家对结构优化不是很有把握。我在这里开贴只是抛砖引玉，希望大家积极交流。下面是我的结构优化的一些经验，希望对大家有点用

第一步:
可以用VESTA打开cif文件直接保存为vasp格式就可以，三楼youzhizhe
另一种方法：
建模一般都是MS建好之后修改*.cell文件得到POSCAR具体的方法参考站内的信息（没找到最开始的网页，谁找到了贴上来）
这是*.cell文件的内容
%BLOCK LATTICE_CART
7.365858463230930    0.816888331419153    1.518567634398170
0.000000000000000    7.749147189276010    0.114969347281651
0.000000000000000    0.000000000000000    16.835000015679299
%ENDBLOCK LATTICE_CART
%BLOCK POSITIONS_FRAC
H 0.1045034131293120 0.0506482790444403 0.1503325580937660
H  -0.2037023292911190 0.2015583952382200 0.1604502537744340
H  -0.4269999607791240 0.3837162987940400 0.0980194481736503
H  -0.3453870956286900 0.4791801646100701  -0.0460018173909388
H 0.2784615598004869 0.2515795170279700  -0.1346530187895070
H 0.2619963944132780  -0.5890935655390530 0.3725661174512691
H 0.2595685601772050  -0.5519954246490220 0.1897443712411160
H 0.0767881789054980  -0.6048204220967270 0.2666625899874510
H 0.2771409424864049  -0.7522385903899170 0.2411634679797081
H 0.5634931211089379  -0.7084903644666670 0.2828144510356441
H 0.5814851393159790  -0.5287740945641601 0.3433449582781520
H 0.5793331415735910  -0.5003094920852541 0.2386888180011851
H 0.4946819829083929  -0.2212541120652400 0.3755202742234630
……………………
%ENDBLOCK POSITIONS_FRAC
%BLOCK KPOINTS_LIST
0.0000000000000000 0.0000000000000000
0.2500000000000000    1.000000000000000
%ENDBLOCK KPOINTS_LIST
%BLOCK CELL_CONSTRAINTS
1    2    3
………………………………

把第一行
%BLOCK LATTICE_CART
改成SYSTEM=GRPHENE（你体系的名称可以随便写）
然后后面填一行1

再把
%ENDBLOCK LATTICE_CART

%BLOCK POSITIONS_FRAC
改为
H C N Si  (原子的类型)
  52  42 2 2  （原子的数目）
Direct （坐标表示的方式，对于这种方法，只能用D）

然后把后面的原子符号H C 等去掉
  H  -0.0000000000000000  -0.0000000000000001 0.7500000000000000
  C 0.1666666666666668 0.0833333333333332 0.7500000000000000

把
%ENDBLOCK POSITIONS_FRAC以后的全部删掉就行了
保存为POSCAR 就可以了
此时要注意保存的格式使用unix格式，ultredit可以选择保存格式，如果用记事本编辑的话,所有的行前不能有空格（从*.cell里面复制过来的空格，自己加的没关系）否则提示找不到原子，论坛里面有很多这样的问题。

第二步：
开始结构优化了，我们一般使用脚本来实现，这里使用的是侯老师所说的方法，体积与能量的曲线然后拟合去能量最小的体积进行进一步优化。先讲能量与体积的曲线怎么得来的。

INCAR最主要是设置
PREC =  M # medium, high low
ISTART = 0 # job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG =2 # charge: 1-file 2-atom 10-const
EDIFF = 0.1E-04 # stopping-criterion for ELM(对于大的体系是设置0.1E-03)
NSW = 1000 # number of steps for IOM
IBRION = 2 # ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG
ISIF = 4 # stress and relaxation
对于大的体系可以设置
IALGO=48
ALGO= Very Fast
如果速度还不行可以设置POTIM= 0.1

KPOINTS
A
0
M
4 4 4(体积大的可以弄小一点，这个没试过，但是感觉一个点可能有点问题)

下面开始POSCAR
侯老师也说过这个方法，在手册里面这也是有的
其实就是通过取不同大小的晶胞分别优化，取能量做图。很多虫子们总是在问怎么建立，还有说对于，有三个轴的怎么取晶格常数，在这里如果你采用我这里的方法就不用了（但是在INCAR里面必须设置ISIF=4），为什么呢？我们通过刚才建立POSCAR 里面晶格常数1来实现，改变晶胞的大小就可以了。
有脚本，POSCAR 就不需要了，但是刚才编辑的POSCAR 还是有用的（其实这就是产生POSCAR 的脚本），这个脚本是vasp的说明书里面的
写脚本rvasp
内容如下：
for i in  1.00 1.01  1.02 0.99 0.98
do
cat >POSCAR <                         $i
7.365858463230930    0.816888331419153    1.518567634398170
0.000000000000000    7.749147189276010    0.114969347281651
0.000000000000000    0.000000000000000    16.835000015679299
H C N Si
  52  42 2 2
Direct
0.1045034131293120 0.0506482790444403 0.1503325580937660
-0.2037023292911190 0.2015583952382200 0.1604502537744340
-0.4269999607791240 0.3837162987940400 0.0980194481736503
-0.3453870956286900 0.4791801646100701  -0.0460018173909388
0.2784615598004869 0.2515795170279700  -0.1346530187895070
0.2619963944132780  -0.5890935655390530 0.3725661174512691
0.2595685601772050  -0.5519954246490220 0.1897443712411160
0.0767881789054980  -0.6048204220967270 0.2666625899874510
0.2771409424864049  -0.7522385903899170 0.2411634679797081
0.5634931211089379  -0.7084903644666670 0.2828144510356441
0.5814851393159790  -0.5287740945641601 0.3433449582781520
0.5793331415735910  -0.5003094920852541 0.2386888180011851
0.4946819829083929  -0.2212541120652400 0.3755202742234630
……………………
!
echo "a= $i" ;mpirun -np 24  vasp
E=`tail -1 OSZICAR`;
echo $i $E >>SUMMARY
cp CONTCAR CONTCAR$i
done

最前面
for i in  1.01 1.01  1.02 0.99 0.98 （设置的体积比例,体积比例是 i 的3次方）
do
cat >POSCAR <

这里面
SYSTEM=TN-PEN
$i
   7.365858463230930    0.816888331419153    1.518567634398170
   0.000000000000000    7.749147189276010    0.114969347281651
   0.000000000000000    0.000000000000000    16.835000015679299
H C N Si
  52  42 2 2
Direct
0.1045034131293120 0.0506482790444403 0.1503325580937660
-0.2037023292911190 0.2015583952382200 0.1604502537744340
-0.4269999607791240 0.3837162987940400 0.0980194481736503
-0.3453870956286900 0.4791801646100701  -0.0460018173909388
0.2784615598004869 0.2515795170279700  -0.1346530187895070
0.2619963944132780  -0.5890935655390530 0.3725661174512691
0.2595685601772050  -0.5519954246490220 0.1897443712411160
0.0767881789054980  -0.6048204220967270 0.2666625899874510
0.2771409424864049  -0.7522385903899170 0.2411634679797081
0.5634931211089379  -0.7084903644666670 0.2828144510356441
0.5814851393159790  -0.5287740945641601 0.3433449582781520
0.5793331415735910  -0.5003094920852541 0.2386888180011851
0.4946819829083929  -0.2212541120652400 0.3755202742234630
……………………
这些都是刚才制作的POSCAR ，只有那个第二行$i 改了一下
后面这些
!
echo "a= $i" ;mpirun -np 24  vasp  （24 是核数）
E=`tail -1 OSZICAR`; echo $i $E >>SUMMARY （注意那个`是tab键上的那个，非单引号）
cp CONTCAR CONTCAR$i  (这一步是我加的，把优化好的复制出来，为了下一步优化节省时间)
done

脚本rvasp写好以后，最好dos2unix一下  再改变一下权限chmod +x rvasp ，最后运行./rvasp 即可

第三步：
运行脚本以后在SUNMMRY可以找到体积比例与对应的能量，我们未必一定把体积算出来，用体积比例可以得到拟合曲线，具体做法，把数据放入origin，然后选中数据在analysis里面，选择fiting，一般设置二次项拟合，找到能量最小值

第四步：
把能量最小值对应的体积比例找出来，把得到的类似CONTCAR1.01（后面那个数据是体积比例，选择一个离你拟合相差最小的一个）放到POSCAR中（cp CONTCAR1.01 POSCAR），（如果你最开始选择的体积比例间隔比较大的大，想得到更加精确的体积比例，就把CONTCAR1.01的内容复制到rvasp脚本，替换掉中间部分，然后再在for i in 后面设置你的体积比例，一般两次都能找到比较好的体积比例）

第五步：
设置INCAR如下
PREC =  M # medium, high low
ISTART = 0 # job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG =2 # charge: 1-file 2-atom 10-const
EDIFF = 0.1E-05 # stopping-criterion for ELM(对于大的体系是设置0.1E-03)
EDIFFG= -0.001
NSW = 1000 # number of steps for IOM
IBRION = 2 # ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG
ISIF = 3 # stress and relaxation （这里变为3，是因为我们拟合的未必是最合适的，通过这个参数可以适当调节到更好）
后面的可以不要了，如果算不动加上也无妨，但是最后一次优化精确点好。里面的收敛标准看你自己定，上面的可以满足大部分的要求，但是如果对构型要求不严格的话可以适当调低点收敛标准（EDIFF = 0.1E-04 EDIFFG= 0.01），具体的收敛标准可以查看http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=2512497

KPOINTS 可以加大数量，但是也没什么太大的必要
A
0
M
4 4 4

POSCAR 就是第四步得到的
输入vasp计算
这一步运行结构优化就可以！但是一定要查看OUTCAR中关于原子受力的信息，如果有个别受力太大的话还是不行的，要继续优化，使用最后一步就行了。
如果有什么意见或者错误，欢迎大家指正！也希望大家能够积极参与讨论！

[ Last edited by 贺仪 on 2012-5-11 at 22:03 ]

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1楼2011-05-26 14:11:23

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qphll

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引用回帖:

1113206楼: Originally posted by louazhao at 2011-06-14 17:02:46:
这样做行么，为什么在不在第二步的时候，也就是结构优化的时候选ISIF=2，如果用ISIF=4 就是在离子弛豫过程中要改变晶胞的形状，这样一来貌似就不是只有一个变量了。也就是说除了放缩系数$i要改变之外，还有其他的 ...

很好的总结, 对于结构优化具有普遍的指导意义.

我也同意louazhao的看法, 如果初始结构是从文献或者实验中来, 那么不防在第二步计算的时候设置ISIF=2, 这样, 用脚本优化晶格参数的时候, 保持了晶格的形状, 而只是将a, b, c 同比例放大或者缩小.

最后一步计算的时候, ISIF=3, 但是事实上, 我们希望这一步是进一步的微调, 希望源胞的形状和体积只是有非常小的变化.