【VASP】KPOINTS文件介绍

前言

一、4个常用的输入文件INCAR、POSCAR、POTCAR、KPOINTS

INCAR: 计算任务类型是什么？怎么计算？

KPOINTS: 包含了倒易空间点网格的坐标和权重。

POSCAR: 包含元胞的原子坐标信息以及初始速度等信息。

POTCAR: 超软赝势或PAW势函数（有一个赝势库）。

一、KPOINTS 的两种结构

第一种结构：（非对称）

Auto
0
G
5 5 1
0.  0.  0.

• 第一行：注释
• 第二行：这个数字选项，按手册里提到的，可以认为0就是M-P方法，如果输入其他非零数字，就认为是选择其他的生成方法或者K点模式（即选几个k点）
• 第三行G表示的是以gamma点为中心生成网格，还有一种是原始的Monkhorst-Pack网格，又可以叫M点，二者的区别是M在G的基础上在三个方向平移了1/(2N)个单位，所以G点是M点的特殊情况；VASP只认第一个字母，大小写均可，所以Gamma可以写G，g，gamma,ga…,Monhorst可以写为M， m等。
• 第四行表示在xyz三个方向上生成对应数目的K点，本例是551，意思是在倒格矢a,b方向上都只取5个k点，c方向取1个k点，一共25个k点，441意思是在倒格矢a,b方向上都取4个k点，c方向上取一个，一共16个，K点的密度由KPOINTS决定，KPOINTS取点越多，包含到计算里的信息越多，但是经常有人拿不准K点数目怎么取，经常出错，所以在接下来会总结几个方法教大家怎么取K点
• 第五行表示shift的值， 即对所按网格分割产生的k点进行平移的量（这里不平移)，一般都写成 0 0 0，一般不用改，Gamma center的K点就相当于MP方法shift了0.5 0.5 0.5。

第二种结构：（高对称）

line-mode generate k

10 ! 10 intersections
Line-mode
rec
0 0 0 ! gamma
0.5 0.5 0 ! X

0.5 0.5 0 ! X
0.5 0.75 0.25 ! W

Line1: 标题或注释行，无特别意义
Line2: 每对高对称点之间产生10个k点
Line3: 以字母L开头表示按line模式产生k点
Line4: 以字母R开头表示k点按倒格子坐标系
Line5: 每对高对称点的坐标。（共三对，表明沿着X-X-W计算能带）

二、关于KPOINTS设置的一些经验

第一是对称性。不同的晶体结构有不同的对称性，我们应该根据晶体结构选择合适的K点，这个在各种教材中已经给出了。不过手动选择K点只在能带计算的时候是必要的，在做优化和性质计算时我们通常选择自动撒点。

第二是K点分割，K点分割越密，计算的结果就越精确，而耗时也会更多，因此我们要寻找一个比较合适的分割。这个可以在你计算的时候做一个测试，就是从小到大选择不同的分割，然后比较静态计算时的总能变化，自己画一个曲线图，当总能变化范围小于0.2eV时，我们就认为不用再取更多的K点了。

一般来说，K点的选取跟晶胞的边长有关，边长越长，所需的K点就越少。如果是块体的单胞，K点的分割要取密一些，比如我们的TiO2单胞，K点分割121212就非常精确了。而如果我们将这个晶胞延xyz方向各扩展一倍，这时只要666足够。越大的晶胞，所需的K点数就越小。如果是表面，那么在某个方向有大于10A的真空层,那么这个方向上K点最多只须取2足矣。

“三个方向K点数和晶格常数乘积近似一致”，但一般乘积不要大于40，尤其是针对比较大的体系，否则会使得优化速度比较慢。

对于六角晶系 hexagonal 的结构，官网建议用 gamma centered，因为M平移之后，网格的对称性和晶胞的对称性会出现不匹配的情况，从而导致计算出错；

对于特别大的体系，也可以使用单Gamma点，只含有一个Gamma点的计算可以使用vasp_gam版加速计算

真空层一定不要加K点，用1即可，因为这个方向都没有结构，还加K点一来没意义，比如说二维体系在xy方向是周期性体系，z方向存在真空层，那么这个方向一定不要加K点，用1即可；

对于原子或者分子的计算，K点取一个gamma点就够了（1 1 1），也就是这个KPOINTS文件可以用于绝大多数的原子或者分子计算，不用再修改；但如果你要用 ISMEAR = -5 来计算，那么就需要把 1 1 1 改成 2 2 2或者3 3 3。

对于原子或者分子的计算,K点取一个gamma点（1 1 1）就够了，因为这些原子和分子不是周期性的，多的K点是能提高周期性镜像分子间的相互作用精度，但是这部分能量是我们不想要的。即：对于含有真空层的体系，在真空层的方向上永远只使用一个K点（真空层一定不要加K点，用1即可）。多余的K点只会增加真空层两边体系的相互作用的精度，而这一部分是我们不想要的。

三、KPOINTS的选取

1. 方法1

使用官网建议的取值，每个晶格矢量的长度（a, b, c）乘以这个方向上的K点数目(k)。需要做收敛性测试，比如要算一个绝缘体体系， a,b的晶胞长度为6Å，c方向真空层15Å，K点就是3 3 1

2. 方法2

   把结构拖到MS里，点击CASTEP Tools图标，查看不同K点下，K点密度，一般密度在0.03附近最佳，对于正交晶系，晶格常数取模，然后取倒数。这三个倒数的比值就是三个方向上k-points密度的取值，例如，fcc Cu的KPOINTS则是7 7 7。

3. 方法3

对于非正交晶系，倒格矢长度和实空间晶格常数不满足反比关系，所以用以上方法就不行了，这个时候用vaspkit可以产生所有体系的K点，vaspkit–102–1(M点），2（G点）–选择倒格子中k点间距，单位是Angstrom-1，一般计算使用0.04，精确计算0.03或0.02

4. 方法4

一般晶格常数乘以K点数目大约在30~40之间即可，K点数目足够多的情况下，前面的问题都不是问题，但是不要过分大，导致撒点过于密集，浪费机时，过分小撒点过疏，计算不准；

注：正式计算前一定要做收敛性测试，测Kpoints和Ecut。

关于每个参数的详细含义可以参考VASP手册：

http://cms.mpi.univie.ac.at/wiki/index.php/The_VASP_Manual