纯干货：VASP简介及计算前期准备工作 | VASP计算零基础实用秘籍

VASP（Vienna Ab-inito Simulation Package）作为目前最流行的计算软件之一，在科研界用户甚广，大势所趋，高水平的文章需要理论计算来助力，更多的科研工作者选择功能强大，性能稳定VASP软件来进行材料模拟以及预测材料的电子性质，每年有上千篇使用了VASP计算软件的文章发表在国际核心期刊上（诸如Science、Nature、JACS、Angew.Chem.等）。VASP这么受科研人员青睐主要还是因为其拥有较高的计算效率，VASP是目前做固体材料第一性原理计算效率最高的商用软件之一，可以使用较小的内存就能实现大规模的高效率并行计算并且VASP能够实现大规模的高效率并行计算，支持多核多节点并行计算，对核数和节点数均没有限制，支持单用户多用户同时使用。
本教程主要是为了帮助各位刚刚接触VASP并且还没有入门的朋友快速入门，少走弯路，笔者在学习VASP的时候比较艰难，初期没有人带，主要是从网上查找一些教程，但是网上的教程比较零散，而且每个人写的教程都不相同，对于初学者来讲很难分辨对错，这样的结果就导致尝试了很多都没有得到好的结果，容易产生负面情绪，丧失信心。同时有些教程写的又过于深入，不适合初学者学习，因此，笔者决心自己写一份针对于初学者的教程，帮助大家避开VASP学习雷区，顺利入门VASP。下面先简单的介绍一下VASP软件的基本原理以及一些重要参数的含义。

• 基本原理

VASP是一款基于第一性原理的软件包，基本原理就是近似求解薛定谔方程，进而得到体系的电子态和能量。VASP是基于赝势平面波基组的密度泛函理论（DensityFunctional Theory，DFT）的程序，通过VASP进行模拟计算的过程就是在DFT框架内求解Kohn-Sham方程。 VASP采用赝势平面波的方法，即采用赝势近似的模拟原子实势场，以平面波为基组，将单电子波函数表示为平面波叠加形式，平面波基组不需要进行BSSE校正。VASP采用投影缀加波贋势（Projector Augmented Wave，PAW），用来近似地处理原子电子间相互作用。VASP软件支持多种基于局域密度近似（LDA）与广义梯度近似（GGA）两种方法的混合泛函，以及由DFT的交换作用能和Hartree-Fock（HF）中的精确交换作用能按一定比例结合形成的杂化泛函（hybrid functional）。杂化泛函在后面的精确计算材料的禁带宽度章节会用到。 通过VASP软件进行模拟计算主要包括几何结构优化和静态计算两个部分，几何结构优化主要是采用周期性边界条件, 基于密度泛函理论对原子、分子、表面、团簇等多种体系进行几何结构优化得到稳定构型，进而获得各种结构参数，包括稳定构型的晶格常数、各原子的位置、原子间的键长和键角。而静态计算是指在几何结构优化的基础之上，以更高的精度计算优化后的体系的能量，并且计算该结构的各种性质。

• 准备工作

通过VASP软件提交计算任务时，我们需要准备四个输入文件，即INCAR，KPOINTS，POSCAR，POTCAR。INCAR文件是用来设置计算参数的文件。KPOINTS是K点定义文件，记录了倒空间的取样的方法。POSCAR是构型描述文件，主要包括平移矢量、原子类型和数目、以及原子坐标。POTCAR是个原子的赝势定义文件，记录了所需要的赝势，这里需要注意的是，赝势的种类和顺序都必须和POSCAR中原子种类和顺序一致。 通过VASP进行理论计算时，我们需要通过一些其他软件进行辅助。首先说准备结构文件需要的软件，笔者在这里推荐Material Studio（MS），MS是一款商业软件，网上有很多安装教程，大家自行检索下载安装。通过MS可以很方便

MS软件欢迎界面 的进行建模，包括一维、二维和三维结构。具体的建模方法我们再后期的POSCAR文件准备的章节再给大家演示。POSCAR文件需要通过VESTA文件生成，VESTA是一款优秀的免费的可视化软件，我们需要通过VESTA将用MS软件建模后生成的

VESTA软件 cif文件转化成POSCAR，具体操作都将在后面的教程里给出。同时建议大家安装p4vasp软件，Windows和Linux系统都可以安装p4vasp软件，p4vasp包是一组用于处理XML格式的VASP的输出（即vasprun.xml文件）的工具，可以通过p4vasp绘制能带图和态密度图，以及模拟STM图像。INCAR文件、KPOINTS文件以及POTCAR文件都可以通过一些免费的小工具生成，比如VASPKIT和qvasp，笔者极力推荐VASPKIT。VASPKIT是一款容易上手，功能强大的预-后处理软件，由王伟老师、许楠、刘锦程、唐刚和李强共同开发的。该软件可以生成不同计算任务的INCAR文件，查找结构的对称性，生成倒空间K点网格以及晶体的能带路径（包括杂化泛函），并处理能带数据、态密度DOS和投影态密度PDOS、电荷密度、静电势，绘制实空间波函数，建议大家下载安装，VASPKIT在后期计算过程中会发挥巨大的作用。VASP计算所用的输入文件必须是没有后缀的文本文件，推荐大家在Windows系统下使用Sublime Text编辑器编辑输入文件，Atom和VS Code也是很好的选择，主要看自己的习惯和喜好。如果VASP输入文件在Windows下用记事本或者写字板编辑过，需要在Linux系统下执行dos2unix命令将文件转化成Linux文件格式，避免计算过程中出现错误。Linux系统下需要掌握Vim编辑器的用法。

• 其他问题

关于VASP软件编译问题，网上有很多教程，大家自行编译，如果编译过程中遇到问题不能解决，可以给笔者发邮件或者加笔者微信，邮箱：[email protected]，微信：qiangs0508。 文中提到的软件下载链接如下：

VESTA：

http://jp-minerals.org/vesta/en/

p4vasp：

http://www.p4vasp.at/

VASPKIT：

http://vaspkit.sourceforge.net/

qvasp：

https://sourceforge.net/projects/qvasp/

Sublime Text：

https://www.sublimetext.com/ （sublime text2 以前是免费的，sublimetext3以后是版权收费的，但不是强制收费。）

Atom：

https://www.atom.io/

VS Code：

https://code.visualstudio.com/ （文章主要参考大师兄科研网、侯柱峰老师的教程以及笔者师兄所写教程）
VASP问世25年来，累计发表SCI论文超过90000篇，其中大量是实验与计算相结合的文章。其计算结果不仅可以验证实验结果，更能够预测实验结果甚至设计实验。实验与计算已成为顶刊标配，对计算感兴趣可以后台私信“计算”获取相关资料！