Ex43 p(1x1) Cu(111)的单点计算

上一节的内容主要简单介绍了一下Slab模型,具体的大家去看推荐的参考书!计算部分我们做了以下几个方面的操作:

  • Cu的Bulk计算,获取了稳定体相结构,晶胞参数;
  • 将结果导入Material Studio, 并切(111)面
  • 将切出来的Cu(111) 面转换成POSCAR格式。

因此,VASP的四个输入文件,我们已经有了POSCAR和POTCAR,下面我们复习下POSCAR,INCAR和KPOINTS的准备工作, 然后进行单点计算。

1 搭建slab模型

Cu(111) slab 模型(POSCAR)的制作流程(复习一下)。注意:前面我们用的是Conventional cell,下面用的是Primitive Cell。 一般来说用Conventional cell, FCC的金属可以用Primitive Cell 但对于其他体系,通过Primitive Cell切出来表面模型有问题。

A)Bulk计算结束后,将CONTCAR用VESTA转换为cif文件,然后MS导入。
B)Build→Symmetry→primitive cell
C)Build→surfaces→cleave surface

D)Build→Crystals→Build Vaccum Slab 真空层选择15Å

E)导出为cif,通过VESTA转化为POSCAR格式,如下:

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Cu\(1\1\1)
1.0
2.5717000961 0.0000000000 0.0000000000
-1.2858500481 2.2271576142 0.0000000000
0.0000000000 0.0000000000 21.2994003296
Cu
4
Direct
0.000000000 0.000000000 0.000000000
0.333330005 0.666670024 0.098590001
0.000000000 0.000000000 0.295760006
0.666670024 0.333330005 0.197170004

前面的操作,我们生成 p(1x1) 的Cu(111)面,p是Primitive的简称,如果你不了解p(1x1), 去学习一下Wood Notation。当然,在此基础上,你也可以将p(1x1) 在晶胞a 和b方向上扩展,生成p(2x2)p(3x3)p(2x1)等不同大小的Cu(111)表面。本节,我们就用p(1x1)做为例子。

2 KPOINTS

POSCAR中,slab在平面方向上a 和 b 的大小为2.5717 Å,根据前面的经验规则,我们可以在两个方向上K点取值为:$13\times13$,z 方向上取值为1,最终KPOINTS如下图,脚本使用命令为:kpoints.sh 13 13 1 (不知道脚本的请往前翻)

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qli@bigbro:~/test/cu$  kpoints.sh 13 13 1 
qli@bigbro:~/test/cu$ cat KPOINTS
K-POINTS
0
Gamma
13 13 1
0 0 0

为什么在z方向上只用1个K点?查找参考书(DFT:A Practical Introduction, Page 88)的说明:
If the vacuum region is large enough, the electron density tails off to zero a short distance from the edge of the slab. It turns out that this means that accurate results are possible using just one k point in the b3 direction.

3 INCAR

在贴出来INCAR之前,大家首先回顾一下单点计算需要注意的几个方面:
1)System = Cu(111) 可有可无
2)Cu 是金属,可以使用ISMEAR = 1;SIGMA = 0.1
3)ALGO = FAST 或者使用默认值
4)纯净的Cu(111)体系中,Cu没有磁性,ISPIN 不用设置
注意:CuO中Cu具有磁性,如果你算的是Cu的氧化物,就需要考虑ISPIN了
5)单点计算:NSW = 0 也可以不设置,因为默认值就是0
6)截断能: ENCUT = 450 很多人喜欢测试这个参数,450直接用是一个很好的选择
7)EDIFF = 1E-5 电子步的收敛标准
8)偶极矫正:LDIPOL = .TRUE. ; IDIPOL = 3 Slab模型一般都需要加上这个参数
9)控制OUTCAR和其他文件的输出:NWRITE = 0 ; LWAVE = .FALSE.;LCHARG = .FALSE.
10)也可以加上NCORE这个参数来加快计算步骤。一般来说,不同的机子大家需要自己测试下NCORE参数对计算的影响,个人经验:如果你的机器一个节点有12个核,设置NCORE = 6; 一个节点有24核,设置NCORE = 12。也就是节点中核数的一半。由于这个计算很快,本操作就不考虑了。最终INCAR 如下:

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System = Cu111

ISMEAR = 1
SIGMA = 0.1
ALGO = FAST
ENCUT = 450
EDIFF = 1E-5

LDIPOL = .TRUE.
IDIPOL = 3

NWRITE = 0
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.

4 准备任务脚本,提交任务

计算完成后, grep ' without' OUTCAR (without前面有2个空格)或者grep E0 OSZICAR | tail-n 1,得到单点能为:-13.96918440 eV

5 扩展练习

5.1 计算的例子下载链接:http://pan.baidu.com/s/1dFxpsKL 密码:yug2
5.2 重复本节所有的练习
5.3 VASP官网查找本节中不了解的参数,然后学习
5.4 思考一下:我们得到的单点能量可以干吗用?

6 总结:

刚刚步入slab的计算,我们速度稍微慢一些,本节只讲单点计算,希望大家能够跟上步骤,亲自进行操作练习,如果出错了,请认真改正,直至得到和上传的结果一样为止。再次强调,大家平时一定要多浏览VASP官网,请把VASP手册下载放到桌面上,没事的时候就翻一翻。不要去网上找一些乱七八糟的教程,拿过来就直接照着练,官网才是最正宗的。