Ex06 VASP的输出文件(二)

上一节,我们学习了CONTCAR的一些基本内容。本着从简到易,从最常用到最不常用的原则,这一节,我们学习VASP的另外一个简单,但又很重要的的输出文件:OSZICAR

首先,推荐一个QE学习的视频:https://www.bilibili.com/video/av36194036 (用良心带人入坑)

OSZICAR 的含义

师兄,OSZICAR是什么的缩写?为什么起这么一个名字?

不好意思,这个我真不知道。也没有认真去考证过。目前只能告诉大家先把这个名字记住。

什么是优化?

在介绍OSZICAR的内容和功能之前,有必要先给大家澄清一个计算中常见的词:优化。

计算一个体系,我们有2个优化过程:

  • 电子结构的优化: 可以理解为对某一固定的几何结构,迭代求解薛定谔方程来获得体系能量极小值的一个过程。这个迭代过程,每一次迭代求解都可以认为是电子结构的一个优化。(通常被大伙称为:电子步)
  • 几何结构的优化:可以理解为在电子结构优化的结果上,获取原子的受力情况,然后根据受力情况,调节原子的位置,再进行电子结构优化,获取新的受力情况,然后再调节原子位置,一直重复这样的过程,直至找到体系势能面上一个极小值的过程。(通常被大伙称为:离子步)

思考一下,我们的O原子,我们只可能对它进行电子结构的优化,因为它的几何结构不会发生变化。

OSZICAR是干什么的?

当VASP迭代求解O原子电子结构的时候,整个过程就会记录在OSZICAR中。下面我们就看一下VASP官网对OSZICAR的解释说明:https://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/OSZICAR

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Information about convergence speed and about the current step is written to stdout and to the **OSZICAR** file. Always keep a copy of the **OSZICAR** file, it might give important information.

也就是说:OSZICAR是用来记录优化过程一些信息的文件。这里的优化过程既包括电子结构,又包括几何结构。

OSZICAR长什么样子?

在Linux的终端中,使用Vim打开OSZICAR,你会得到类似下面的信息:

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       N       E                     dE             d eps       ncg     rms          rms(c)
DAV: 1 0.324969965196E+02 0.32497E+02 -0.10270E+03 48 0.977E+01
DAV: 2 0.501749892771E+00 -0.31995E+02 -0.31995E+02 72 0.202E+01
DAV: 3 -0.182605770767E-01 -0.52001E+00 -0.50521E+00 48 0.521E+00
DAV: 4 -0.203547758465E-01 -0.20942E-02 -0.20860E-02 96 0.333E-01
DAV: 5 -0.203547873947E-01 -0.11548E-07 -0.11210E-07 48 0.844E-04 0.307E-01
DAV: 6 -0.213726161828E-01 -0.10178E-02 -0.17884E-03 48 0.111E-01 0.155E-01
DAV: 7 -0.214708381542E-01 -0.98222E-04 -0.23522E-04 48 0.459E-02
1 F= -.21470838E-01 E0= -.13757722E-01 d E =-.154262E-01
  • 第一行中各项的含义:(没汉语解释的,大师兄也翻译不出来)

    1) N 代表电子结构的迭代步数,通常被大家称为电子步。

    2) E 代表当前电子步的体系能量;

    3) dE当前电子步和上一步体系能量的差值;

    4) d eps the change in the band structure energy;

    5)ncg the number of evaluations of the Hamiltonian acting onto a wavefunction;

    6) rms the norm of the residuum of the trialwavefunctions (i.e. their approximate error)

    7) rms (c) the difference between input and output charge density.

  • 第二行中DAV的含义:

    1) Blocked Davidson algorithm的缩写。看不懂不要紧,简单点:就是一个电子迭代求解的自洽算法。在对电子结构迭代求解的过程,前人们发展出了很多不同的算法。就好比是,从北京到南京,有很多种出行选择一样,可以坐火车,汽车,乘飞机,也可以步行,骑马,骑驴,骑自行车,等等。每一种出行方式都是一种算法。大家可以根据自己的情况,选择适合自己的出行方式。所以,对自己的研究方向,也需要找一个适合自己体系的合适的算法。

    2) 除了DAV,今后你还会看到RMM (residual minimization scheme) 和 CG (conjugate-gradient algorithm)等等。选择不同的算法,第二行以及后面显示的也会有所区别。这点大家掌握即可。具体到每个算法怎么回事,当你计算算起来了,有余力,慢慢开始学习量化基础知识的时候再仔细琢磨。

    3) 前面我们说了,要找一个适合自己体系的算法,是选DAVRMM还是CG,亦或是其他的呢? 这个可以在INCAR中通过参数ALGO设置,参考链接: https://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/ALGO 。一般来说,使用ALGO = Fast可以满足大部分的需求。可以理解为北京到南京出行,大家最常用的火车。

    4) 师兄:这个氧原子的计算中,我们没有在INCAR中设置DAV这个算法相关的参数啊,为什么OSZICAR中还会出现DAV呢?

    原因在于:同很多软件一样,VASP也有很多默认的参数,这就避免了当你不设置某个参数的时候进行不下去的尴尬局面,当然,有些相关的参数,你不设置的时候VASP也会罢工,这个我们以后再说。此时的计算,对于电子结构收敛的算法来说,默认的是DAV这个方法,也就是INCAR中: ALGO = N

    5)划重点:

    我们知道VASPINCAR设置中,有很多相应的参数。而新手恰恰在学习的过程中,由于不能在短时间了解这些参数的具体含义,使用方法,从而导致了不知道怎么去选择的情况。而就是在这种情况下,选择了胡搞。也就是INCAR中参数,认识的写上去,不认识的也写上去。这也恰恰是新手在计算过程中容易出错的一个主要原因。前面我们说了VASP有很多默认的参数,而新手在学习的时候,不能图快,要一步一个脚印地走。看见一个参数,就好好琢磨琢磨,争取理解透了,或者知道这个参数大体上怎么回事。如果你不认识的参数,千万不要写上去,使用默认的就可以。

  • 最后一行:

    1) F前面的 1 代表几何结构优化的次数(也称为离子步的步数),本练习只有1步。

    2) F = 是体系的总能量, 与OUTCARfree energy TOTEN 后面的值相等;(OUTCAR还没讲,暂且记住)

    3) E0 后面的能量对应OUTCARenergy (sigma->0)后面的能量(下图到数第一行)。

OSZICAR 的作用

Always keep a copy of the OSZICAR file, it might give important information. 官网既然这么说,这表明OSZICAR确实很重要,重要在哪里呢?

  • 整个体系的优化过程都记录下来了。(当然后面我们要讲的OUTCAR也以更加详细的方式将优化过程记下来了)但OSZICAR可以更加直观地观测我们体系优化过程中能量的变化过程。

  • 通过OSZICAR获取体系的能量,也就是E0后面的那一项。很多人在使用VASP的时候,不知道该选择哪个能量,这里大师兄就告诉你:选择E0后面的即可。不管你有什么疑问,不管别人怎么跟你争论,都不要管,先老老实实记住:我们选E0后面的这个能量。随着你的学习,很多疑问自己就解开了。命令使用方式:

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    iciq-lq@ln3:/THFS/home/iciq-lq/LVASPTHW/ex05$ grep E0 OSZICAR  
    1 F= -.21470838E-01 E0= -.13757722E-01 d E =-.154262E-01
  • 后面的学习中,我们会经常讲解OSZICAR相关的内容,由于时间的原因,也主要是因为新手才刚刚接触计算,就不做过多的解释。

总结

这一节,我们需要了解和学习的内容主要有以下几个方面:

1) VASP计算中的优化:几何和电子结构优化大体有个了解

2)OSZICAR中各项的含义,争取多理解几个;

3)DAV对应的INCARALGO是怎么设置的;一般来说ALGO=FAST可以满足大部分人的计算需求;

4)知道VASP有默认的参数,自己不要画蛇填足。保持INCAR干净整洁,不知道的,模糊不清的参数坚决不往INCAR里面写。

5)知道怎么从OSZICAR中获取体系的能量。