VASP是备受专业技术人员认可的DFT计算软件，每年发表论文超过1万篇，至2022年底，文章总量已超过11万篇。其计算结果不仅可以验证实验，更能够预测实验结果，指导实验路线。

本文为华算科技朱老师技术团队的Cilver老师和Ravi老师制作的《VASP官方入门手册》第二篇：VASP简介、程序结构概要及教程。本教程将详细介绍VASP软件及其计算方法，帮助大家快速入门VASP计算，搞定顶刊技能！

2 VASP简介

2.1 程序结构概要

VASP.4.X 是一个 Fortran 90 程序。它允许动态内存分配和单一可执行文件，可用于任何类型的计算。

一般来说，源代码和赝势函数应位于以下目录中：

VASP/src/vasp.4.lib

VASP/src/vasp.4.X

VASP/pot/..

VASP/pot_GGA/..

VASP/potpaw/..

VASP/potpaw_GGA/..

vasp.4.lib 目录包含的源代码很少更改，更新时通常不需要重新安装该目录。不过，在将代码应用到新平台时，可能需要对 vasp.4.lib 进行重大修改。vasp.4.X 目录包含主要的 Fortran 90 代码。pot/pot GGA/（以及可能为 potpaw/ potpaw GGA/）目录分别包含（超软）赝势和投影缀加波。LDA 版本放在 pot 和 potpaw 目录中，而 GGA 版本（Perdew,Wang 1991）放在 pot GGA 和 potpaw GGA 目录中。源文件和赝势可在文件服务器上获取（见第 3.2 节）。

大多数计算将在工作目录下进行，在开始计算之前，必须在该目录下创建几个文件。最重要的输入文件如下：

INCAR POTCAR POSCAR KPOINTS

2.2 教程，第一步

如果您尚未安装 VASP，请阅读第 3.2 节。本教程中讨论的计算所需的文件可以在 VASP 文件服务器（tutor/...目录下）中找到。本地计算机上必须有 VASP 可执行文件（最好放在您的搜索路径中）。如果您对搜索路径这一词不熟悉，请停止阅读本节内容，您应该获取一本 UNIX 指南以了解更多有关 UNIX shell 环境的信息。

2.2.1 金刚石

将 tutor/diamond 目录下的所有文件复制到工作目录下，然后逐步进行：

1.以下四个文件是核心输入文件，必须存在于工作目录中才能执行 VASP。请使用编辑器检查每个文件。

INCAR 文件

INCAR 文件是 VASP 的核心输入文件。它决定 "做什么和怎么做"。它是一个带标签的自由 ASCII 文件：每行由一个标签（即字符串）、等号"="和一个或多个值组成。大多数参数都有默认值。请查看教程中提供的 INCAR 文件，它的长度可能比实际需要的要长。例如，POTCAR 文件中给出了截断能的默认值，因此 INCAR 文件中通常不需要。但在这个简单的示例中，INCAR 文件中提供了截断能值（在大多数情况下这样做可能是明智的）。

POSCAR

POSCAR 文件包含离子的位置。以金刚石为例，POSCAR 文件包含以下几行：

cubic diamond comment line

3.7 universal scaling factor

0.5 0.5 0.0 first Bravais lattice vector

0.0 0.5 0.5 second Bravais lattice vector

0.5 0.0 0.5 third Bravais lattice vector

2 number of atoms per species

direct direct or cart (only first letter is significant)

0.0 0.0 0.0 positions

0.25 0.25 0.25

这些位置可以用直接坐标（分数坐标）或笛卡尔坐标表示。在第二种情况下，位置将根据第二行提供的通用缩放因子进行缩放。晶格矢量始终按通用比例因子缩放

KPOINTS

KPOINTS 文件决定 K 点设置。

4x4x4 Comment

00 = automatic generation of k-points

Monkhorst M use Monkhorst Pack

4 4 4 grid 4x4x4

0 0 0 shift (usually 0 0 0)

第一行是注释。如果第二行等于零，则使用 Monkhorst-Pack 方法自动生成 k 点（第三行的第一个字符为 "M"）。使用提供的KPOINTS文件进行计算时，会使用一个4×4×4的Monkhorst-Pack网格。

• POTCAR

POTCAR 文件包含赝势（如果有多个种类的赝势，可以使用UNIX命令cat将POTCAR文件连接起来）。POTCAR 文件还包含原子的相关信息（如原子质量、原子化合价、赝势创建时的原子参考构型能量等）。

2.键入命令运行 VASP

> vasp

同样，只有当 vasp 可执行文件位于搜索路径的某处时，该命令才能正常运行。搜索路径通常在 UNIX shell 的 PATH 变量中提供。有关详细信息，用户可参阅 UNIX 手册。

启动 VASP 后，将得到类似以下的输出结果：

VASP.4.4.3 10Jun99

POSCAR found : 1 types and 2 ions

LDA part: xc-table for CA standard interpolation

file io ok, starting setup

WARNING: wrap around errors must be expected

entering main loop

N E dE d eps ncg rms rms(c)

CG : 1 0.1209934E+02 0.120E+02 -0.175E+03 165 0.475E+02

CG : 2 -0.1644093E+02 -0.285E+02 -0.661E+01 181 0.741E+01

CG : 3 -0.2047323E+02 -0.403E+01 -0.192E+00 173 0.992E+00 0.416E+00

CG : 4 -0.2002923E+02 0.444E+00 -0.915E-01 175 0.854E+00 0.601E-01

CG : 5 -0.2002815E+02 0.107E-02 -0.268E-03 178 0.475E-01 0.955E-02

CG : 6 -0.2002815E+02 0.116E-05 -0.307E-05 119 0.728E-02

1 F= -.20028156E+02 E0= -.20028156E+02 d E =0.000000E+00 writing wavefunctions

VASP使用Pulay混合方法的自洽循环和迭代矩阵对角化方案来计算Kohn-Sham（KS）基态。每一行对应一个电子步，在每个电子步中，波函数都会被迭代改进一点，电荷密度也会被优化一次。stdout（即在屏幕上看到的内容）的副本也会写入 OSZICAR文件中。

各列的含义如下：N 列是电子迭代步骤计数，E 是当前的自由能，dE 是两步之间自由能的变化，d eps 是能带结构能量的变化。ncg 栏表示哈密顿算符应用于波函数的频率。rms 这一列给出了在所有占据带上求和的残差向量的初始范数(R = (H−εS)|φi)，并且表示波函数的收敛程度。最后一栏rms(c) 表示输入和输出电荷密度之间的差值。在前五步中，密度和势能没有更新，对波函数进行预收敛（因此 rms(c) 没有显示）。前五次迭代后，开始更新电荷密度。以金刚石为例，只需要三次更新就可以获得足够精确的基态。最后一行显示的是达到收敛后的自由电子能 F。

OUTCAR文件中包含有关力和应力张量的更多信息。请查看该文件，以便了解 OUTCAR 文件中包含的信息。

另一个重要文件是 WAVECAR 文件，它存储着最终的波函数。为了加快计算速度，VASP 通常会在启动时读取该文件。在计算结束时，该文件将被写入（如果存在则被覆盖）。

3.要计算平衡晶格常数，请尝试输入 ./run。run脚本是一个简单的shell脚本，用于在不同晶格参数下运行 vasp。可以使用编辑器检查该脚本的内容。

4.确定平衡体积（例如，使用能量的二次拟合）。平衡晶格常数应接近 3.526。

5.现在，在 POSCAR 文件中设置平衡晶格常数，并将位于 0.25 0.25 0.25 的离子移动到 0.24 0.24 0.24，然后使用 VASP 将其弛豫到平衡位置。必须在INCAR文件中添加以下行（参见6.22节）：

NSW = 10 ! allow 10 steps

ISIF = 2 ! relax ions only

IBRION = 2 ! use CG algorithm

设置参数以便在系统中进行最小化能量的计算过程中，VASP会沿着力的方向进行线性最小化。线性最小化需要VASP根据力的方向进行一次小试探步进，然后重新计算总能量。VASP 根据能量变化、初始力和最终力计算出最小值的位置。对于碳元素而言，自动选择的试探步进往往过大，如果在INCAR文件中设置参数POTIM，就可以使VASP以更高效的方式运行：

POTIM = 0.1 ! reduce trial step

进行此步骤，并从一个更粗糙的结构，如（0.20，0.20，0.20）作为起始结构再次进行计算。

在每个任务结束时，VASP 都会将最终位置写入 CONTCAR 文件。该文件与 POSCAR 文件格式相同，可以通过将 CONTCAR 复制到 POSCAR 并再次运行 VASP 来继续运行。

6.作为最后的练习，将 POSCAR 文件中的晶格常数改为 3.40，并将 INCAR 文件中的 ISIF 改为：

ISIF = 3 ! relax ions + volume

POTIM = 0.1 ! you need to specify POTIM as well

然后重新开始计算。如果 ISIF 设置为 3，VASP 将弛豫离子位置和晶胞体积。

不要忘记随时检查 OUTCAR 文件.

7.最终的晶格常数将相当精确（约 3.510 A）。与能量体积曲线拟合得到的晶格常数的微小差异是由于 Pulay 应力造成的（见第 7.6 节）：只有在计算相对于基组完全收敛的情况下，应力张量才是正确的。解决此问题有几种可能。

8.在 INCAR 文件标准值（ENMAX=550）的基础上，将平面波截断值提高 30%。现在基组基本收敛，可以得到更精确的晶格常数结果。尝试将此设置应用于碳，并通过设置来提高电子基态计算的精确度。

EDIFF = 1E-7 ! very high accuracy required 10ˆ-7 eV

在 INCAR 文件中。从最后一次计算的 CONTCAR 文件开始（即把 CONTCAR 复制到 POSCAR）。

9.误差与结构无关，因此可以使用大的基组和小的基组分别计算一次。从平衡结构开始，采用高截断能（ENCUT=550）。应力张量应为零。

然后使用默认截断能。现在的应力为 -43 kBar。这样就可以估算出基组不完备可能造成的误差。(可以通过在INCAR文件中设置

PSTRESS=-43！Pulay stress=-43 kB

来修正弛豫，但通常最好增加ENCUT）

希望这个小例子能让您对 VASP 的工作原理有所了解。更多详细的教程可以在 VASP 研讨会的会议记录中找到（我们强烈建议所有新手一步一步地学习这些教程，可能需要几天时间，但应该会有收获）。

http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp-workshop/slides/documentation.htm