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neweroica

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[资源] 加强版vaspmo (v0.3) ――可视化VASP分子轨道

以下论文用到本程序并予以致谢：
J. Phys.: Condens. Matter 24 (2012) 165301

版权声明：
本程序的算法和设计思路，以及代码编写都是Yang Wang的原创。任何个人
或团体不得将此程序用于任何商业用途。如果你在发表论文或学术报告中
用到该程序，请务必转引来源和作者。

任何疑问或反馈，请联系作者：yangwang2008@gmail.com

用途：
读入VASP计算得到的PROCAR和CONTCAR文件，输出Gaussian结果文件。该
文件能够被常用的量子化学可视化软件（如Molekel、Chemcraft、Gabedit、
Molden和JMol等）读取，进而绘制和观看体系的分子轨道。有些软件还能导出
cube文件（如Chemcraft和Molden等），从而又能被很多支持cube格式文件
的可视化软件所识别。

目前本程序适用于元素周期表中从氢到铋的元素（但不包括除了镧之外的镧
系其他元素），共69种元素。

新版本信息：
目前的v0.3版本的更新：
      1) 能处理自旋极化的计算。
      2) 允许自定义体系总电子数。
      3) 修正了开壳层体系数的计算错误。
      4) 允许CONTCAR文件中缺省"Selective dynamics"这一行。

历史版本信息：
v0.2版本的改进功能：
      1) 轨道能量改成参照于费米能级的相对能量，并且可以自定义费米能级。

v0.1版本纠正了v0.0版本的一些bug：
      1) 坐标转换错误。
      2) "Ta"和"Bi"元素名称错误。
新添功能：
      1) 支持Chemcraft、Molden和Gabedit可识别的格式。
      2) 隐藏或缩放指定某些原子的轨道。
      3) 根据指定k点和输出格式自动命名输出文件。
      4) 用户可以自定义输出文件名。

旧版本的帖子见：http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1831558
和
http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1818606

编译方法：
本程序只包含一个源文件：vaspmo.c，是用标准C语言编写的，因此任何标
准C编译器或C++编译器都能够编译。例如，在Linux下可使用如下命令编译：
      gcc -o vaspmo -lm vaspmo.c

使用方法：
1. VASP计算
   1) PROCAR文件
   VASP.3.2以上版本可以将体系波函数投影到以各个原子为中心的球谐函
   数上去，从而得到各个原子轨道的相系数。但在VASP.3.X版本中，输出
   文件的格式只能是PROOUT，而不是PROCAR文件。目前vaspmo程序不能处
   理PROOUT文件，只能识别PROCAR文件。

   VASP.4.X以上版本都可以计算输出PROCAR文件，具体方法是需要在INCAR
   输入文件中添加并设置关键词LORBIT和/或RWIGS。

   如果你使用VASP.4.6以上版本，一个最简单的方法就是在INCAR中添加：
   LORBIT = 12

   如果你设置LORBIT = 2，则还需要设置各个离子类型的RWIGS大小。
   注意，在VASP.4.X以上VASP.4.2以下的版本中，只能设置LORBIT = 2，因
   此要计算轨道就必须要设置RWIGS。

   更具体的说明请参见VASP使用手册：
   http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/node127.html
   2) CONTCAR文件
   i. 为了使用方便，必须使用新的CONTCAR文件格式来运行vaspmo程序。如
   果你的CONTCAR文件格式是旧的，只需要手工添加一行元素类型信息即可。
   具体方法见下。

   CONTCAR文件的格式因VASP版本而略有不用。在VASP.5.X以上的版本中，
   CONTCAR文件多增加了一行，提供了元素类型信息。
   下面是新版本的CONTCAR文件示例：
   -------------------------------------------------------------
   Title
   1.00000000000000000
   5.1475600000000000 0.0000000000000000 0.0000000000000000
   0.0000000000000000 12.8688950000000000 0.0000000000000000
   0.0000000000000000 0.0000000000000000 30.0000000000000000
   C H S Cu
   6 4 4  40
   Selective dynamics
   Direct
   ......
   ......
   -------------------------------------------------------------

   和旧格式相比，仅仅多出了"C H S Cu"一行。所以，如果你
   使用VASP.4.X计算得到的CONTCAR文件，只需手工添加这一行信息即可。

   ii. 目前的vaspmo程序要求CONTCAR文件中的坐标格式是分数坐标形式，
   即“Direct”。

2. vaspmo使用方法
   1) 程序运行的当前目录下必须要有CONTCAR和PROCAR文件。

   2) 在命令行运行的命令是：
      vaspmo [ -o 输出文件名 ]
               [ -c | --chemcraft ]
               [ -m | --molekel ]
               [ -k 正整数|all ]
               [ -l 原子列表文件名 ]
               [ -h | --help ]

      选项说明：
            -o 输出文件名
                  指定输出文件名。默认是VASPMO_K***.g03（当输出Molekel
                  可识别的格式时），或VASPMO_K***.out（当输出其他软件
                  可识别的格式时）。
            -c
            --chemcraft
                  输出Chemcraft、Molden、Gabedit和JMol可识别的格式，这也是程序
                  的默认输出格式。
            -m
            --molekel
                  输出Molekel可识别的格式。
            -k 正整数
                  指定输出的哪一个K点的所有能级轨道。
            -k all
                  输出所有K点的所有能级轨道。
            -l 原子列表文件名
                  去掉或缩放某些原子的轨道。这些原子和相应的缩放系数是在
                  一个“原子列表文件”中定义的。
            -f efermi
                  自定义费米能级（单位：eV）。
            -e nele
                  自定义体系总电子数。
            -h
            --help
                  显示帮助，然后退出程序。
      3) 关于原子列表文件：
         有时候我们需要缩放或隐藏（缩放系数为零）个别原子的轨道。为此，
         我们首先需要建立一个原子列表文件，在这个文件中我们定义原子的序号
         和相应的缩放系数。分行书写，每一行只能包含一次定义，一次定义可以
         是如下三种形式中的一种：
            原子序号
            原子序号  缩放因子
            原子序号1  原子序号2  缩放因子

         其中原子序号是一个正整数，是该原子在CONTCAR中出现的顺序数。原子序号1
         和原子序号2定义的是一群原子，即范围从原子序号1到和原子序号2。因此，
         原子序号1必须小于等于原子序号2。缩放因子可以是任何一个数值，取零则意味
         着隐藏轨道，去负值则意味着反相。

         以上三种定义中，第一种形式是隐藏一个原子的所有轨道，第二种形式是缩放
         一个原子的所有轨道，第三种形式是缩放一群原子的所有轨道。

注意事项：
本程序vaspmo导出的分子轨道属于相当*定性*的结果，只提供比较粗糙的物理或
      化学图像，不能用于进一步的定量分析或计算。

反馈和建议：
      欢迎任何bug报告和改进建议，请发电子邮件至：yangwang2008@gmail.com
      你也可以将你的CONTCAR或PROCAR作为附件发送给我。

      特别注意：如果你的求助，在你自己仔细阅读在上述的使用说明后都能得到解决，
      请恕我拒绝回复。

用JMol可视化分子轨道的基本介绍：

1. JMol是免费开源的可视化软件，功能非常强大。基于Java，所以跨平台兼容，下载解压后可以直接运行。
下载地址：http://jmol.sourceforge.net/

如果使用Mac系统，可以用MacPorts自动下载安装和更新。

2. 用JMol打开vaspmo生成的*.out文件。我更倾向于使用命令行：
   jmol VASPMO_K001.out

3. 然后在JMol中用右键菜单调出控制台（Console）界面，敲入如下命令切换到最后一帧：
   frame last

4. 用如下命令来可视化分子轨道：
   isosurface cutoff 0.02 mo 30 translucent
其中，0.02是轨道等值面的数值。30是轨道序数，也可以用homo和lumo关键词。translucent是半透明选项。

5. 可以将所有JMol的控制台命令汇集在一个指令文件中，比如新建一个文本文件VASPMO_K001.jmol，然后输入：
   zap;
   load VASPMO_K001.out
   frame last
   zoom 150
   select carbon; color gold
   select Au; spacefill 1.5; connect delete;
   select elemno>20; spacefill 1.3; connect delete;
   select atomZ<4; color {0.2 0.2 0.8}
   isosurface cutoff 0.05 mo homo translucent

然后在命令行用JMol打开脚本文件VASPMO_K001.jmol即可，注意添加 -s 选项：
      jmol -s VASPMO_K001.jmol

6. 更多的功能和使用说明，参加JMol的说明书和交互教程。
http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/examples-11/isosurface.htm不好意思，程序读取坐标时有个bug，非常感谢网友hakuna指出。

现已更正。请大家重新下载 release_vaspmo_v0.31.tgz[ Last edited by neweroica on 2014-7-15 at 18:19 ]

以下是使用vaspmo发表的文章：

J. Phys.: Condens. Matter, 24 165301 (2012)
RSC Adv., 5, 79868 (2015)

[ Last edited by neweroica on 2015-10-13 at 19:40 ]

版本更新：v0.31
-- 纠正了v0.3版本读取原子坐标的错误。

请下载最新上传的附件 vaspmo_v0.31.zip 和 README.txt[ Last edited by neweroica on 2015-12-8 at 10:23 ]

使用了vaspmo的更多论文：
J. Phys. Chem. C, Article ASAP,  DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b09159

[ Last edited by neweroica on 2016-1-30 at 21:47 ]

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