使用VASP计算材料能带和态密度

前言

一、前期准备

二、计算流程

1.静态自洽（scf）

2.能带计算

3.态密度计算

总结

能带结构是目前采用第一性原理计算所得到的常用信息，可用来结合解释金属、半导体和绝缘体的区别。能带用来定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点。价带，或称价电带，通常指绝对零度时，固体材料里电子的最高能量。在导带中，电子的能量范围高于价带，而所有在传导带中的电子均可经由外在的电场加速而形成电流。对与半导体以及绝缘体而言，价带的上方有一个能隙，能隙上方的能带则是传导带，电子进入传导带后才能在固体材料内自由移动，形成电流。对金属而言，则没有能隙介于价带与传导带之间，因此价带是特指半导体与绝缘体的状况。原则上讲，态密度可以作为能带结构的一个可视化结果。很多分析和能带的分析结果可以一一对应，很多术语也和能带分析相通。但是因为它更直观，因此在结果讨论中用得比能带分析更广泛一些。本文主要讲解使用VASP计算BN能带和态密度。

需要使用VASP、vaspkit、Originlab

vasp的准备，需要INCAR（控制文件），POSCAR（晶格位置文件或者结构文件），POTCAR（赝势文件），KPOINTS（是k点路径），四个输入文件以及一个运行文件。只要有了POSCAR其他的三个文件可以可以通过vaspkit得到。其中赝势文件是提前导入设置好路径。

新建一个文件夹scf，INCAR可以简单设置为如下

按照惯例准备四个输入文件INCAR、POSCAR、KPOINT、POTCAR。

都可以通过vaspkit得到

vaspkit输入103，根据POSCAR自动生成POTCAR

vaspkit输入102，根据POSCAR自动生成KPOINT

vaspkit输入1，根据POSCAR自动生成INCAR

准备好文件以后提交任务进行计算

计算完成后会得到CHGCAR文件

1、新建一个名为band的文件夹，把scf文件夹中的INCAR、POSCAR、KPOINT、POTCAR、CHGCAR复制过来。

2、修改INCAR的内容

ISTART=1

ICHARG=11

LCHARG = .FALSE.

LORBIT=11 # or 10,算投影能带有用

3、使用vaspkit生成高对称点的KPOINTS文件

呼出vaspkit界面后直接输入302自动生成二维结构的高对称点路径，输入303生成三维块体结构的高对称点路径。

会生成一个KPATH.in文件，直接把它cp成KPOINTS文件，然后可以检查修改一下里面的内容：

完成后提交任务进行计算

4、导出作图数据

再次呼出vaspkit，直接输入211，即可生成可以导入OriginLab中绘图的数据BAND.dat。

5、Origin画图

把BAND.dat导入到Origin中做折线图

1、态密度计算和计算能带的做法一样，先新建一个目录，命名为dos，然后复制scf目录里面的INCAR、POSCAR、POTCAR、KPOINTS，CHGCAR过来。要修改一下INCAR，或者直接复制下面的INCAR。

Global Parameters ISTART =  1            (Read existing wavefunction; if there) ISPIN =  2           (Spin polarised DFT) ICHARG =  11         (Non-self-consistent: GGA/LDA band structures) LREAL  = Auto          (Projection operators: automatic) # ENCUT  =  400        (Cut-off energy for plane wave basis set, in eV) PREC   =  Normal       (Precision level) LWAVE  = .FALSE.        (Write WAVECAR or not) LCHARG = .TRUE.        (Write CHGCAR or not) ADDGRID= .TRUE.        (Increase grid; helps GGA convergence) LVTOT  = .TRUE.      (Write total electrostatic potential into LOCPOT or not) # LVHAR  = .TRUE.      (Write ionic + Hartree electrostatic potential into LOCPOT or not) # NELECT =             (No. of electrons: charged cells; be careful) # LPLANE = .TRUE.      (Real space distribution; supercells) # NPAR   = 4           (Max is no. nodes; don't set for hybrids) # NWRITE = 2           (Medium-level output) # KPAR   = 2           (Divides k-grid into separate groups) # NGX    = 500         (FFT grid mesh density for nice charge/potential plots) # NGY    = 500         (FFT grid mesh density for nice charge/potential plots) # NGZ    = 500         (FFT grid mesh density for nice charge/potential plots)

Static Calculation ISMEAR =  0            (gaussian smearing method) SIGMA  =  0.05         (please check the width of the smearing) LORBIT =  11           (PAW radii for projected DOS) NEDOS  =  2001         (DOSCAR points) NELM   =  60           (Max electronic SCF steps) EDIFF  =  1E-08        (SCF energy convergence; in eV) EMIN   =  -10 EMAX   =  10

 KPOINTS要设置得比原来做scf的时候要高。这次设成SCF计算的两倍，20-40之间。其他的输入文件不用改。

2、绘制DOS图

打开vaspkit，输入111即可导出TDOS.dat文件，用于绘制DOS图。

本文只是个人刚学习VASP的一点心得体会。在VASP上肯定还有很多不足的地方需要不断改进学习，在此做一点点小小的记录。