Ex51 影响功函数计算的因素（一）

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前面我们通过 Cu(111) 表面作为例子，学会了功函数计算的基本步骤和可视化过程。那么功函数计算的时候，需要注意的事项有哪些呢？

1 INCAR中的参数

计算功函数的参数：LVHAR =.TRUE.

加入这一参数时，VASP 只将静电势能写入 LOCPOT 文件中。

在早期的 VASP 版本中，静电势的写入是通过设置 LVTOT 这个参数的。

在 5.2.12 版本之后，如果你设置 LVTOT= .TRUE.，那么静电势，交换相关势都会写入到 LVTOT 中。由于我们计算功函数的时候，只需要静电势这一部分。所以，如果你用的是 5.2.12 版本之后的 VASP，设置 LVHAR= .TRUE. 即可。

如果有疑惑的话，不妨做个测试，分别设置 LVTOT 和 LVHAR = .TRUE. 然后做个单点计算对比下结果。

设置 LVTOT = .TRUE. 的结果如下：

设置 LVHAR = .TRUE. 的结果如下：

我们对比下 13-15 $\AA$范围内纵坐标的大小和平均值

很显然，两个参数对功函数的影响是不可忽略的。使用 LVTOT 这个参数，由于加入了交换相关势，曲线变得不再那么光滑，并且与 LVHAR 的结果有一定的偏差。所以，在计算功函数的时候，LVHAR 这个参数一定要注意。

这一点也体现在VASP官网最新的ppt中，如下如：(自己主动根据下图中的关键词找这个 ppt，别问我要，也不要在大师兄群里求助浪费别人的时间。)

注意：

在 Hand-on-session (老版本的官方教程)中，使用的是 LVTOT 这个参数。老版本就是过时的意思。希望大家的以新版本的计算为准。

老版本中功函数的计算例子。

2 真空层的厚度及修改

真空层的厚度：指的是 slab 在 z (或者 c )方向上的长度减去表面原子在 z 方向的坐标。

Slab 方向的长度，指的是 POSCAR 或者 CONTCAR 中第 5 行中的数值，上图箭头所指的地方。

那么我们怎么修改真空层的厚度呢？

由于 slab 模型中的原子部分就在那边乖乖地待着，我们只需改变 slab 中晶格常数在 z 或者 c 方向的长度即可。

例子1：上图中真空层的厚度为 15 $\AA$，我们需要一个 20 $\AA$ 的 slab 模型，也就是在 21.2994 的基础上再加 5 个 $\AA$，等于 26.2994。但这样做，对不对呢？修改之后的 POSCAR：

结构如下图：

我们发现 slab 的 Cu 原子部分之间好像也被拉长了。测量了一下两个 Cu 原子之间的距离为： 2.956 Å。

修改之前为： 2.547 Å。

所以：我们在前面的操作中，直接修改的 z 方向的数值，方法是错误的。

原因在于：前面的结构中坐标为分数坐标： Direct

我们修改完成之后，Cu 原子在 c 方向的距离也会发生相应的改变。

所以，如果直接修改 POSCAR 或者 CONTCAR 改变真空层厚度的话，我们一定一定要先将它们转化为 Cartesian 坐标。怎么转化呢？

方法1：用软件操作，比如 p4vasp。

我们可以切换坐标通过鼠标点一下即可，然后保存成 Cartesian 的 POSCAR。

当然啦，也可以使用其他软件，比如 VESTA 等等，更好的选择，也欢迎留言补充。

方法2：使用脚本转换：

  1. VASP 官网在 POSCAR 的解释部分，提到了怎么进行坐标切换的公式。

    链接如下：https://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/POSCAR_file.html

  2. 在此基础上，本人写了一个 python 的小脚本，可以实现 Direct 到 Cartesian 的转换。

    运行如下：

    图中流程的解释：

    1. 将一个计算中的 CONTCAR 复制过来；
    2. 使用 head -n 10 看一下这个 CONTCAR 的文件结构。(10 指的是前面 10 行，如果你想看前面 5 行，使用 head -n 5 )；
    3. dire2cart.py CONTCAR 使用脚本进行转换，转换的对象为 CONTCAR；
    4. 转换完成后，Cartesian 的保存为 CONTCAR_C 文件；
    5. cat CONTCAR_C 这个命令查看转化后的内容。(当然也可以继续使用前面的 head 命令)

    本脚本下载链接： https://pan.baidu.com/s/1eRMJ7m6 密码：btsl

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    #!/usr/bin/env python
    # -*- coding: utf-8 -*-
    #Convert direc coordiation to cartesian Writen By Qiang 
    import sys
     
    script, file_to_be_converted = sys.argv 
     
    print """
    ###################################
    #                                 #
    #for VASP 5.2 or higher versions  #
    #                                 #
    ###################################
    """
     
    file_read = open(file_to_be_converted, 'r')
     
    line = file_read.readlines()
    a1 = float(line[2].split()[0])
    a2 = float(line[3].split()[0])
    a3 = float(line[4].split()[0])
    b1 = float(line[2].split()[1])
    b2 = float(line[3].split()[1])
    b3 = float(line[4].split()[1])
    z1 = float(line[2].split()[2])
    z2 = float(line[3].split()[2])
    z3 = float(line[4].split()[2])
     
    num_atoms = sum([int(x) for x in line[6].split()])
     
    x_cartesian = []
    y_cartesian = []
    z_cartesian = []
    tf = []
     
    start_num = 9 # Default: With Selected T T T, coordination starts from line 9
     
    def convert():
         
        for i in range(start_num, num_atoms + start_num):
            x_cartesian.append(float(line[i].split()[0]) * a1 + float(line[i].split()[1]) * a2 + float(line[i].split()[2]) * a3)
            y_cartesian.append(float(line[i].split()[0]) * b1 + float(line[i].split()[1]) * b2 + float(line[i].split()[2]) * b3)
            z_cartesian.append(float(line[i].split()[0]) * z1 + float(line[i].split()[1]) * z2 + float(line[i].split()[2]) * z3)
            if len(line[i].split()) > 3:   # if  T T T exist, there are more than 3 elements in the list line[i].split()
                tf.append((line[i].split()[3]))
            else:
                tf.append(' ')   # if there is no T T T, use space instead. 
         
        file_out = open(file_to_be_converted+'_C', 'w')
         
        for i in range(0,7):
            file_out.write(line[i].rstrip() + '\n')  # first 7 lines are kept the same 
         
        if 'S' in line[7]:
            file_out.write(line[7].rstrip()+ '\n')  # if  T T T exists, write the Selective line 
        file_out.write('Cartesian' + '\n')          # Coordination system is Cartesian now. 
         
        for i in range(0,len(x_cartesian)):
            file_out.write("%+-3.10f   %+-3.10f   %+-3.10f   %s %s %s\n" 
            %(x_cartesian[i], y_cartesian[i], z_cartesian[i], tf[i], tf[i], tf[i]))
         
        file_out.close()
        print '-----------------------------------------------------\n'
        print 'POSCAR with Cartesian Coordiations is named as %s_C\n' %(file_to_be_converted)
        print '-----------------------------------------------------\n'
     
    if line[7][0]  == 'S' or line[7][0]  == 's':  # # With Selected T T T, coordination starts from line 9
        start_num = 9
     
        if  line[8][0]  == 'D' or line[8][0]  == 'd':
            print """
    This POSCAR has Direct Coordinations, Conversion is starting....
     
                  """
            convert()
         
        elif  line[8][0]  == 'C' or line[8][0]  == 'c':
            print """
    This POSCAR has Cartesian Coordinations! Process is aborted!
                   
                  """
     
     
    else : 
        print """
    ----------------------------------------------------
    Pay Attetion! There is no TTT in coordinations part!
    ----------------------------------------------------
    """
         
        start_num = 8 # without Selected, No  T T T , coordination starts from line 8 
         
        if  line[7][0]  == 'D' or line[7][0]  == 'd':
            print """
    This POSCAR has Direct Coordinations, Contersion starts....
     
    """
            convert()
         
        elif  line[7][0]  == 'C' or line[7][0]  == 'c':
            print """
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    This POSCAR has Cartesian Coordinations already! 
     
    Process is aborted!
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    """
     
    file_read.close()

那么怎么把 Cartesian 转化为 Direct 呢？

  1. 使用 VASP，因为 VASP 的默认输出就是 Direct 坐标，算个单点就可以啦（笑话，别当真！）；
  2. 使用 p4vasp 等其他软件；
  3. 写个脚本倒着再做一遍，不过本人经常使用的是 Cartesian 坐标，懒得再写了，有兴趣的可以自己试试。

3 批量处理POSCAR

当我们完成转化后，就可以批量处理 Cartesian 坐标的 POSCAR 了。

  1. 先准备一个文件夹，名字为 10，这个文件夹中有一个真空层为：10 Å 的 POSCAR 以及 INCAR, KPOINTS, POTCAR， 任务脚本；

  2. 运行命令：

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    for i in $(seq 12 2 36); do cp 10 $i ; sed -i "5s/16/$((6+$i))/g" $i/POSCAR; done

  3. 示例演示：

    运行完这个命令后,会生成从 12 到 36 的 N 个文件夹，每个文件夹之间间隔为 2。我们通过下面这个命令查看所有文件夹中 POSCAR 中 z 方向的大小：

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    for i in *; do head -n 5 $i/POSCAR | tail -n 1 ; done

解释：

  • head -n 5 $i/POSCAR 获取POSCAAR前5行中的内容，

  • 后面跟着一个 |tail -n 1， 这个命令的意思是，显示前面5行中的最后一行。

  • head 和 tail 这两个命令之间用 | (pipe) 连在一起，表示将前面 head 命令的结果传递给后面的 tail 命令。

  • 任务准备好之后，批量提交就可以了。(不会的话，请前面自己翻批量操作的介绍。)

4 扩展练习：

  1. 使用 LVTOT 和 LVHAR 测试一下，加深下印象；
  2. 使用不同的测试不同真空层对功函数的影响以遍下一节的学习。

5 总结：

下一节我们讨论一下真空层对计算功函数的影响，以及如何批量获取真空能级。