Ex3.8 VASP 输出文件：WAVECAR
这节咱们来聊聊 VASP 输出中一个“看起来很高深，最接近量子计算本源的”的一个文件：WAVECAR。做计算，当然听过无数遍波函数，它用来完整描述一个粒子或体系在某一时刻的量子态。 搞清楚波函数是什么，怎么用，在计算里能帮你省时省力，有时候还能救命。
1. WAVECAR 究竟是什么？ WAVECAR - VASP Wiki
WAVECAR 首先是VASP的一个二进制的输出文件，里面存储了 Kohn–Sham 波函数的详细信息，如：
- 能带数量（NBAND）
- 初始截断能（ENCUTI）
- 初始基组定义（AX）
- 初始解的本征值（CELEN）
- 费米权重（FERWE）
- 波函数本身（CPTWFP）
也就是说，这是保存了一套“初步的、非常完整”的波函数数据的文件。
2. 为什么 WAVECAR 很关键？
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连续计算的起点
WAVECAR和CONTCAR一一对应，是在分子动力学（MD）模拟中（IBRION = 0），WAVECAR通常包含了“下一个时间步”的预测波函数，与你的CONTCAR（几何结构）是一致的。这种衔接让计算更顺利，也更有效率。当然，这是VASP官网的说法，大师兄觉得这个功能有些鸡肋，毕竟WAVECAR很大，读写很浪费时间，若体系不复杂，直接从CONTCAR 开始续算就OK，没必要非要读取WAVECAR。 此外，VASP意外终止，WAVECAR没有更新，也是个残废品没什么价值。 本人虽然不是什么MD的行家，但在使用的过程中，就没有保存过WAVECAR的习惯。 -
静态或结构优化
如果你做的是结构优化、能带扫描等（IBRION = -1, 1, 2），WAVECAR保存的是最后一步 Kohn–Sham 波函数的解。 -
复现自己的结果
如果你的体系电子结构很复杂，用同一个输入文件计算两次可能会得到两个不同的结果，这时候WAVECAR就比较重要， 你可以把准确的计算对应的WAVECAR保存下来，这样下次计算的时候读取一下，体系的性质就可以快速得到了。比如我生成WAVECAR的时候没有考虑要计算功函数，因为课题需要分析下，就可以读取WAVECAR来快速获取对应的LOCPOT文件： 该怎么操作呢：
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把
CONTCAR改名为POSCAR； -
在
INCAR中设置，其他文件如POTCAR， KPOINTS等跟WAVECAR生成时的计算保持一致，然后运行VASP即可。ISTART = 1 # 从 WAVECAR 读取波函数 NSW = 0 # 不进行结构更新，只跑电子收敛 LVHAR = .TRUE. # 计算功函数的参数 -
类似的，你也可以添加其他的参数，通过WAVECAR来快速实现相应输出文件的获得。
3. 不想生成 WAVECAR？也可以控制！
默认情况下，VASP 会写出 WAVECAR。WAVECAR虽然很好用，可以帮助我们快速获取一些重要的信息。 但是这个针对一些难收敛或者复杂的体系效果明显，如果你的体系收敛很轻松，计算能力又强大，算个单点重现结果很快的时候，WAVECAR的作用就不是很明显了。相反，由于它占用的硬盘太大，导致存储吃紧，这时候我们就可以直接删掉或者避免写入WAVECAR 文件， 从而节省空间磁盘及 IO 时间。 只需要在INCAR中加入这个参数即可。
LWAVE = .FALSE.
4. 快速总结
| 项目 | 内容说明 |
|---|---|
| 文件类型 | 二进制文件，保存 Kohn–Sham 波函数和相关参数 |
| 作用 | 可用于续算，重现结果，节省时间；保存最后波函数结果用于后续分析 |
| 启动计算 | 设置 ISTART=1, ICHARG=1, NSW=0，将 CONTCAR → POSCAR |
| 控制输出 | 添加 LWAVE = .FALSE. 可禁止生成 WAVECAR |
5 WAVECAR 的高级用处
前面我们提到的是WAVECAR在实际计算中的一些情况，我们说它接近计算的本源，当然，直接分析WAVECAR也可以给我们一些关于体系的描述。许多后处理工具可基于它进行物理性质计算、态可视化与能带处理等工作。以下是常用程序和功能汇总：
| 程序名称 / 项目链接 | 用途 / 功能 | 输出或分析性质 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Vasperry | 贝里曲率计算 | Berry curvature 分布、Chern 数 | 读取 WAVECAR，使用现代 Berry 相位公式计算晶体动量空间的贝里曲率 |
| WaveTrans | 波函数传输分析 | STM / STS 波函数投影图像 | 读取 WAVECAR，导出横截面、投影波函数图像，用于表面态分析或扫描隧道显微图像模拟 |
| VaspBandUnfolding | 能带展开 | 超胞能带 → 原胞能带 | 从 WAVECAR 提取超胞波函数，并与原胞进行展开比较，展示能带与杂化特征 |
| pymatgen.io.vasp.Wavecar | 波函数读取与结构化接口 | 提取波函数属性、用于自定义分析 | 可配合 NumPy 等使用，读取/处理特定 k 点、能带、spin 分量的波函数信息 |
| Vasptools-wfc | 波函数实空间可视化 | 波函数截面图 / 等值面图 | 提取指定能带/k 点的波函数并输出为 cube 格式，供 VESTA 可视化 |
| VaspTools | 复杂波函数分析工具集 | 等值面、轨道投影 | 包括对 VASP WAVECAR 文件的解析，可用于态密度重建和空间分布展示 |
| Wannier90 (via VASP2WANNIER90) | 构建 Wannier 函数 | 局域轨道、电子传输、Berry 相关物理 | 虽非直接用 WAVECAR，而是间接配合 WAVECAR 与 PROJCAR 提取波函数信息以拟合 MLWF |
注：有些工具可能还需配合 CHGCAR / KPOINTS / PROCAR 等文件共同使用。