VASP计算单层黑磷能带(PBE)

2024-06-26 07:48| 来源: 网络整理| 查看: 265

摘要

以单层黑磷为例记录一下用vasp使用PBE计算二维材料的方法

预备工具装有Linux系统的的电脑（本文使用wsl2下的ubuntu1804版本，使用vscode编辑） VASP 5.4.4 vaspkit 1.3.5 结构优化

这一步是为了得到原子的最优位置，所以POSCAR给的稍微有些偏差问题是不大的，因为后面VASP会优化。

新建文件夹BP_1L，在当前目录创建名为opt的文件夹。

POSCAR

POSCAR可以去下载cif通过VESTA转换，也可以通过MS或VESTA画出来

导入写好的POSCAR，这里为了实现单层y方向给了20埃的长度

POSCAR123456789101112BP_1L1.0 3.3159999847 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 20.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 4.3889999390 P 4Direct 0.809849977 0.456869990 0.580680013 0.809849977 0.559960008 0.400680006 0.309850007 0.559960008 0.080679998 0.309850007 0.456869990 0.900680006 INCAR INCAR123456789101112131415161718192021222324# Global ParametersSYSTEM = BP_1LISTART = 0ISPIN = 1ICHARG = 2 LWAVE = .F.LCHARG = .F.ENCUT = 500# LORBIT = 11# Electronic RelaxationISMEAR = 0SIGMA = 0.05NELM = 300NELMIN = 6EDIFF = 1E-06# Ionic RelaxationNSW = 100IBRION = 2ISIF = 3EDIFFG = -1E-03ISYM = 0POTIM = 0.2 POTCAR和KPOINT

使用vaspkit生成

输入vaspkit

选 1) VASP Input-Files Kit 选 103) Generate POTCAR File with Default Setting

即可生成POTCAR

输入vaspkit

选 1) VASP Input-Files Kit 选 102) Generate KPOINTS File for SCF Calculation 选 1) Monkhorst-Pack Scheme 输入0.01 在生成的KPOINTS中第四行修改为14 1 10

得到KPOINTS

OPTCELL

二维材料还需要一个optcell文件来让VASP不要优化真空层方向

里面写101即可，0表示不优化第二个方向

运行vasp

自洽

将上一步骤完成的文件复制一份并重命名为scf

在该目录下输入cp CONTCAR POSCAR将上一步优化好的结果赋给POSCAR

修改INCARD

INCAR123456789101112131415161718192021222324# Global ParametersSYSTEM = BP_1LISTART = 0ISPIN = 1ICHARG = 2 LWAVE = .T.LCHARG = .T.ENCUT = 500LORBIT = 11# Electronic RelaxationISMEAR = 0SIGMA = 0.05NELM = 300NELMIN = 6EDIFF = 1E-06# Ionic RelaxationNSW = 0IBRION = -1ISIF = 3EDIFFG = -1E-03ISYM = 0POTIM = 0.2

运行vasp

能带计算

将文件复制到一个band文件夹，修改INCAR

INCAR123456789101112131415161718192021222324# Global ParametersSYSTEM = BP_1LISTART = 1ISPIN = 1ICHARG = 11LWAVE = .F.LCHARG = .F.ENCUT = 500LORBIT = 11# Electronic RelaxationISMEAR = 0SIGMA = 0.05NELM = 300NELMIN = 6EDIFF = 1E-06# Ionic RelaxationNSW = 0IBRION = -1ISIF = 3EDIFFG = -1E-03ISYM = 0POTIM = 0.2

使用vaspkit生成新的k路径

输入vaspkit

选 3) K-Path for Band-Structure 选 302) 2D Structure cp KPATH.in KPOINTS

提交运行

输出文件中的DOSCAR内的费米能级是不准确的，所以这里进行一个修改，使用grep fermi ../scf/OUTCAR从自洽中找到准确的费米能级 12ISMEAR = 0; SIGMA = 0.05 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus E-fermi : -1.8123 XC(G=0): -3.0926 alpha+bet : -3.0343 我这里是-1.8123

将该数值复制到band文件夹下输出文件DOSCAR的第六行的第4个数，两个数的值一般会比较接近。

参看数据及绘制能带图

通过vaspkit计算能带

输入vaspkit

选 21) Band-Structure 选 211) Band-Structure

输出文件中有BAND_GAP可以看见 Band Gap (eV)

绘制能带图可以使用 python 的 pymatgen 或 origin（把band.dat拖进去）

下面给出pymatgen的绘制能带图代码，代码节选自刘锦城老师的文章 1234567891011import matplotlib.pyplot as pltfrom pymatgen.io.vasp.outputs import Vasprunfrom pymatgen.electronic_structure.plotter import BSDOSPlotter,BSPlotter,BSPlotterProjected,DosPlotterbs_vasprun = Vasprun("./vasprun.xml",parse_projected_eigen=True)bs_data = bs_vasprun.get_band_structure(line_mode=True)band_fig = BSPlotter(bs=bs_data)band_fig.get_plot()plt.savefig('band_fig.png', img_format='png')

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