第一性原理计算包括基于密度泛函理论(DFT)的从头算和基于Hartree-Fock自洽计算的从头算。DFT以电子密度为基本变量,通过求解Kohn-Sham方程,迭代自洽得到体系的基态电子密度,进而求得体系的基态性质。Hartree-Fock方法通过求解Hartree-Fock方程,获得体系的波函数,进而求得基态性质。
DFT中的密度泛函包括LDA、GGA、杂化泛函等。在处理计算体系中原子的电子态时,有两种方法:全电子法和赝势法。全电子法考虑所有电子,如WIEN2K中的FLAPW方法。赝势法则只考虑价电子,将芯电子和原子核构成的离子实放在一起考虑。赝势法中,模守恒势较硬,需要较大的截断能,而超软势则可以用较小的截断能。
何时考虑自旋?例如,在BaTiO3中,由于Ba、Ti和O的价态分别为+2、+4和-2,离子全部为各个轨道满壳层的结构,因此不必考虑自旋。而在BaMnO3中,由于Mn+3价时d轨道还有电子,但未满,因此需考虑Mn的自旋。
结构优化方法包括晶格常数和原子位置同时优化、只优化原子位置、只优化晶格常数等。在PRL一篇文章中,曾见到过只优化原子位置,晶格常数用实验值的例子。
VASP是基于CASTEP 1989版开发的,使用赝势和平面波基组进行从头量子力学分子动力学计算的软件包。它基于有限温度下的局域密度近似,并对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子基态。
VASP的单点能计算功能对给定的固定不变的结构(包括原子、分子、表面或体材料)计算其总能。单点能计算需要的参数最少,只需在KPOINTS文件中设置合适的K点或在INCAR文件中给定一个截断能ENCUT。
结构优化,也称为结构弛豫,是指通过对体系的坐标进行调整,使得其能量或内力达到最小的过程。弛豫计算主要有两种方式:准牛顿方法和共轭梯度法。
VASP进行分子动力学计算时,主要使用的系综是NVT和NVE。对于大多数有关分子动力学的任务,VASP可以胜任。
结构优化,或称为弛豫,是后续计算的基础。其收敛性受两个主要因素影响:初始结构的合理性和弛豫参数的设置。
VASP的计算结果需要根据实际情况进行判断,不能简单地认为计算结果就是正确的。例如,对于涉及构型敏感性的结构优化过程,以力作为收敛判据更合适。
对于原子吸附问题,初始构型上的差异可能导致收敛结果上的差异。为了加快收敛速度,特别是对于表面-分子吸附结构,初始放松约束可能是一个好的设置。
VASP的计算结果需要根据实际情况进行判断,不能简单地认为计算结果就是正确的。例如,对于涉及构型敏感性的结构优化过程,以力作为收敛判据更合适。
VASP的计算结果需要根据实际情况进行判断,不能简单地认为计算结果就是正确的。例如,对于涉及构型敏感性的结构优化过程,以力作为收敛判据更合适。