VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）是一個(gè)基于 Fortran 的從頭計(jì)算軟件包，主要用于進(jìn)行密度泛函理論（DFT）計(jì)算，以處理材料的電子結(jié)構(gòu)。它采用平面波基組和贗勢(shì)方法，適用于模擬固體、表面、分子和納米結(jié)構(gòu)的電子、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。VASP 的主要功能包括電子結(jié)構(gòu)計(jì)算、離子弛豫（結(jié)構(gòu)優(yōu)化）、分子動(dòng)力學(xué)模擬、帶結(jié)構(gòu)分析以及各種高級(jí)功能如雜化泛函、GW 方法和機(jī)器學(xué)習(xí)力場。它的目的是通過量子力學(xué)原理從第一性原理模擬材料行為，幫助研究者預(yù)測(cè)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，而無需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。VASP 是材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理和計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工具之一，由維也納大學(xué)開發(fā)，是專有軟件，需要許可證。

運(yùn)行 VASP 計(jì)算通常需要四個(gè)主要輸入文件：INCAR、POSCAR、KPOINTS 和 POTCAR。這些文件定義了計(jì)算參數(shù)、原子結(jié)構(gòu)、k 點(diǎn)采樣和贗勢(shì)。VASP 使用合理的默認(rèn)值，但這些文件允許用戶自定義計(jì)算。輸出文件包括 OUTCAR（詳細(xì)日志）、CONTCAR（更新后的結(jié)構(gòu)）和 WAVECAR（波函數(shù)）等。下面詳細(xì)解釋每個(gè)輸入文件的目的、格式以及各行（或部分）的含義和用途。

一、INCAR 文件

目的

INCAR 是 VASP 的核心輸入文件，用于控制計(jì)算的算法、參數(shù)和行為。它決定了 VASP “做什么”和“如何做”，包括電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化、離子弛豫、分子動(dòng)力學(xué)等。如果某些參數(shù)未指定，VASP 會(huì)使用默認(rèn)值。但 INCAR 是最常見的錯(cuò)誤來源，因此需要仔細(xì)理解每個(gè)標(biāo)簽的含義。（vasp.at）

格式

INCAR 是一個(gè)標(biāo)簽格式的自由 ASCII 文本文件。每行通常是一個(gè)語句，格式為 標(biāo)簽 = 值。支持多語句在一行（用分號(hào) ; 分隔）、長行續(xù)行（用反斜杠 \）、引號(hào)內(nèi)換行，以及注釋（用 # 或 !）?？招型ǔ１缓雎?，但制表符可能引起問題。

各行/標(biāo)簽的含義和用途（常見示例）

INCAR 中的行是鍵-值對(duì)，不是固定順序。以下是常見標(biāo)簽的詳細(xì)解釋，按類別分組。每個(gè)標(biāo)簽后是示例行、值范圍和用途。

• 系統(tǒng)描述標(biāo)簽：

• SYSTEM = Rhodium surface calculation 含義：系統(tǒng)名稱或描述，為計(jì)算體系起名字。用途：僅用于標(biāo)識(shí)，不影響計(jì)算。輸出文件會(huì)回顯此信息，便于管理多個(gè)計(jì)算。

• 啟動(dòng)和電荷初始化標(biāo)簽：

• ISTART = 0 含義：0 表示從頭開始計(jì)算；1 表示從 WAVECAR 讀取軌道。用途：控制計(jì)算是否續(xù)算。默認(rèn) 0，用于新任務(wù)；用于重啟時(shí)設(shè)為 1 以加速收斂。2 只在計(jì)算體積-能量相關(guān)曲線的時(shí)候用到。3 在重啟分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的時(shí)候使用，同時(shí)需要WAVECAR、CHGCAR（用于儲(chǔ)存電荷密度信息）文件。

• ICHARG = 2 含義：0 代表由WAVECAR計(jì)算電荷密度信息，若沒有WAVECAR文件，則默認(rèn)ICHARG = 2；1 代表由CHGCAR文件讀取。如果沒有CHGCAR文件，則由初猜產(chǎn)生；2 代表由程序初猜產(chǎn)生；ICHARG = 3 在重啟分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)使用；11/12/13 在做非自洽計(jì)算時(shí)使用、DOS和能帶計(jì)算時(shí)使用。

• 電子結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)簽：

• ENCUT = 300.00 含義：平面波截?cái)嗄芰浚▎挝?eV）。 用途：定義波函數(shù)擴(kuò)展的能量上限。通常至少等于 POTCAR 中的 ENMAX，以確保精度。過低導(dǎo)致不準(zhǔn)，過高增加計(jì)算成本。

• ALGO = Normal 含義：電子最小化算法（Normal、Fast、All 等）。

• 用途：選擇優(yōu)化方法。Normal 是標(biāo)準(zhǔn) Davidson 算法；Fast 更快但可能不穩(wěn)定。

• NELM = 60 含義：電子最小化步數(shù)的最大值。 用途：限制每離子步的電子迭代次數(shù)。默認(rèn) 60，如果未收斂可增大。

• EDIFF = 1E-06 含義：電子最小化的能量收斂閾值（單位 eV）。 用途：當(dāng)能量變化小于此值時(shí)停止電子循環(huán)。用于控制精度；更嚴(yán)格的值（如 1E-08）用于高精度計(jì)算。當(dāng)EDIFF =0 時(shí)，將嚴(yán)格執(zhí)行NELM電子自洽步驟。

• ISMEAR = 0含義：展寬方法（-1 為 Fermi 展寬；0 為

• Gaussian；-4/-5 為四面體方法）。 用途：處理部分占據(jù)軌道。Fermi 展寬適合金屬；四面體適合半導(dǎo)體/絕緣體。不同的值適用于不同的體系：導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體；（ 0 (Gaussian Smearing) 可以滿足大部分的體系（金屬，導(dǎo)體，半導(dǎo)體，分子））

• SIGMA = 0.05 含義：展寬寬度（單位 eV）。 用途：控制展寬強(qiáng)度。過大導(dǎo)致能量不準(zhǔn)，過小可能不收斂。典型值 01-0.2。

1）金屬 ISMEAR = 1 ； SIGMA = 0.1（默認(rèn)0.2，也可以用0.05）
2）絕緣體或半導(dǎo)體 ISMEAR = 0 ； SIGMA = 0.05
3）氣體分子，原子體系計(jì)算： ISMEAR = 0 ；SIGMA = 0.01

• 離子弛豫/分子動(dòng)力學(xué)標(biāo)簽：

• EDIFFG = -1E-02 含義：離子弛豫的力收斂閾值（單位 eV/?）。負(fù)值表示力閾值，正值表示能量閾值。 用途：決定何時(shí)停止結(jié)構(gòu)優(yōu)化。當(dāng)所有力小于 |EDIFFG| 時(shí)停止。

• NSW = 20 含義：離子步數(shù)。 用途：設(shè)置弛豫或 MD 的步數(shù)。0 表示只做單點(diǎn)能計(jì)算；>0 啟用離子運(yùn)動(dòng)。

• IBRION = 2 含義：結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法（2 為共軛梯度；1 為 準(zhǔn)牛頓法RMM-DIIS）。 用途：選擇優(yōu)化器。共軛梯度穩(wěn)定；RMM-DIIS 更快但可能不穩(wěn)。

• POTIM = 0.5 含義：離子步長（單位 ?，或 MD 時(shí) fs）。 用途：控制離子移動(dòng)幅度。MD 時(shí)為時(shí)間步長。

• 性能優(yōu)化標(biāo)簽：

• KPAR = 4 含義：k 點(diǎn)并行組數(shù)。 用途：并行化 k 點(diǎn)計(jì)算，提高效率。

• NCORE = 4 含義：每個(gè)軌道的核數(shù)。 用途：優(yōu)化并行性能。

• LREAL = A 含義：使用實(shí)空間投影（A 為原子級(jí)）。 用途：加速計(jì)算，但略微犧牲精度。適合大系統(tǒng)。

提示：VASP 在 OUTCAR 中回顯 INCAR 設(shè)置，便于驗(yàn)證。標(biāo)簽不區(qū)分大小寫，但值需精確。

二、POSCAR 文件

目的：

POSCAR 定義系統(tǒng)的原子結(jié)構(gòu)，包括晶胞幾何和離子位置。它是計(jì)算的起點(diǎn)，支持選擇性動(dòng)力學(xué)（固定某些原子）和初始速度（用于 MD）。格式與輸出文件 CONTCAR 兼容，用于重啟。

格式：

POSCAR 是固定順序的純文本文件。各部分按行分隔，有些可選。

各行的含義和用途（示例注解）

以下是典型 POSCAR 的行-by-行解釋，使用立方 BN 示例。

• 第 1 行：注釋示例：Cubic BN 含義：系統(tǒng)描述（最多 40 字符）。 用途：標(biāo)識(shí)文件，不影響計(jì)算。

• 第 2 行：縮放因子示例：57 含義：通用縮放因子 s（或三個(gè)數(shù)分別縮放 x/y/z）。負(fù)值表示目標(biāo)體積。 用途：縮放晶格矢量和笛卡爾位置。單位 ?，確保結(jié)構(gòu)尺寸正確。

• 第 3-5 行：晶格矢量示例：0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 含義：三個(gè)晶格矢量 的笛卡爾分量（未縮放）。 用途：定義單元胞。實(shí)際矢量 = 此 × s。用于計(jì)算倒易空間。

• 第 6 行：物種名稱（可選）示例：B N 含義：元素符號(hào)列表。 用途：注釋，必須匹配 POTCAR 順序。不允許重復(fù)名稱（在某些模式下）。

• 第 7 行：每個(gè)物種的離子數(shù)示例：1 1 含義：每個(gè)元素的原子數(shù)。 用途：定義總原子數(shù)和分配。順序匹配 POTCAR。

• 第 8 行：選擇性動(dòng)力學(xué)（可選）示例：Selective dynamics 含義：啟用后，每位置行添加 T/F 標(biāo)志（T=允許移動(dòng)，F(xiàn)=固定）（如0 0.0 0.0 F F F）。 用途：控制弛豫中哪些坐標(biāo)可變。適用于表面或缺陷模擬。

• 第 9 行：位置模式示例：Direct 含義：Direct 表示分?jǐn)?shù)坐標(biāo)；

• Cartesian 表示絕對(duì) ?。 用途：指定位置類型。Direct 適合周期系統(tǒng)。

• 后續(xù)行：離子位置（每原子一行）示例：00 0.00 0.00 0.25 0.25 0.25 含義：每個(gè)原子的 x y z 坐標(biāo)（Direct: 分?jǐn)?shù)；Cartesian: ? × s）。如果選擇性動(dòng)力學(xué)，添加 T/F。 用途：定義原子位置。順序按物種數(shù)分配（第一行 B，第二行 N）。需至少 7 位精度以保持對(duì)稱性。

• 可選部分：晶格速度（MD 重啟）示例：從 CONTCAR 復(fù)制。 含義：晶格矢量的速度（當(dāng)單元胞可變時(shí)）。 用途：僅用于 MD 續(xù)算，不手動(dòng)編輯。

• 可選部分：離子速度示例：Direct 后每原子一行速度。 含義：初始速度（Direct: 分?jǐn)?shù)/步；Cartesian: ?/fs）。 用途：初始化 MD。通常用 INCAR 的 TEBEG 熱初始化。

• 可選部分：MD 額外數(shù)據(jù) 含義：預(yù)測(cè)-校正坐標(biāo)和恒溫器數(shù)據(jù)。 用途：僅用于 MD 重啟，不編輯。

提示：使用工具如 VESTA 檢查結(jié)構(gòu)。精度高以避免對(duì)稱問題。

三、KPOINTS 文件

目的：

KPOINTS 指定 Brillouin 區(qū)中的 k 點(diǎn)采樣，用于積分電子結(jié)構(gòu)。如果缺失，使用 INCAR 的 KSPACING。k 點(diǎn)收斂對(duì)精度至關(guān)重要。

格式

支持自動(dòng)、正則網(wǎng)格、線模式和顯式列表。固定順序。

各行的含義和用途

不同模式下行不同。以下按模式解釋。

• 自動(dòng)模式（已棄用）：

• 第 1 行：注釋，如 Fully automatic mesh。用途：描述。

• 第 2 行：0。含義：自動(dòng)生成。

• 第 3 行：Auto 或 A。含義：激活自動(dòng)。

• 第 4 行：10。含義：長度參數(shù) ，決定細(xì)分。用途：生成 Gamma 中心網(wǎng)格。建議用 KSPACING 代替。

• 正則 k 點(diǎn)網(wǎng)格（Gamma 或 Monkhorst-Pack，最常用）：

• 第 1 行：注釋，如 Regular k-point mesh。

• 第 2 行：0。含義：自動(dòng)計(jì)數(shù)。

• 第 3 行：Gamma 或 Monkhorst。含義：網(wǎng)格類型（G: Gamma 中心；M: Monkhorst-Pack）。

• 第 4 行：4 4 4。含義：沿倒易矢量的細(xì)分 N1 N2 N3。用途：定義網(wǎng)格密度。選擇比例匹配倒易矢量長度。

• 第 5 行（可選）：0 0 0。含義：移位 s1 s2 s3。用途：調(diào)整網(wǎng)格位置，避免對(duì)稱問題。

• 線模式（帶結(jié)構(gòu)）：

• 第 1 行：注釋，如 k points along high symmetry lines。

• 第 2 行：40。含義：每段點(diǎn)數(shù)。用途：決定分辨率。

• 第 3 行：line mode 或 L。含義：激活線模式。

• 第 4 行：fractional 或 Cartesian。含義：坐標(biāo)系。

• 后續(xù)成對(duì)行：如 0 0 0 Γ 和 5 0.5 0 X。含義：路徑端點(diǎn)和標(biāo)簽。用途：生成高對(duì)稱路徑上的 k 點(diǎn)。用于后處理（ICHARG=11）。

• 顯式列表模式：

• 第 1 行：注釋。

• 第 2 行：4。含義：k 點(diǎn)數(shù)。

• 第 3 行：Cartesian。含義：坐標(biāo)系。

• 后續(xù)行：0 0.0 0.0 1。含義：x y z 和權(quán)重。用途：自定義 k 點(diǎn)，適用于特殊情況如四面體方法擴(kuò)展。

提示：對(duì)稱性會(huì)減少 k 點(diǎn)（ISYM>0）。Gamma 適合某些晶格以保持對(duì)稱。

四、POTCAR 文件

目的

POTCAR 包含每個(gè)元素的贗勢(shì)數(shù)據(jù)，用于描述原子核-電子相互作用。它由單個(gè)元素 POTCAR 拼接而成，必須與 POSCAR 順序匹配。

格式

純文本，由頭信息和表格數(shù)據(jù)組成。不編輯。

各部分/行的含義和用途

POTCAR 是拼接的，通常不按行手動(dòng)創(chuàng)建。但理解其內(nèi)容：

• 頭信息標(biāo)簽：

• TITEL = PAW_PBE Ti_pv 07Sep2000 含義：贗勢(shì)標(biāo)題，包括類型（PAW）、泛函（PBE）、元素和日期。 用途：標(biāo)識(shí)贗勢(shì)。

• LEXCH = PE 含義：交換-相關(guān)泛函。 用途：讀入但不控制計(jì)算（用 INCAR 覆蓋）。

• ZVAL = 4 含義：價(jià)電子數(shù)。 用途：計(jì)算總電子數(shù)。

• POMASS = 47.867 含義：原子質(zhì)量（原子單位）。 用途：MD 時(shí)用于動(dòng)力學(xué)；可調(diào)整輕元素。

• ENMAX = 400 和 ENMIN = 300 含義：默認(rèn)截?cái)嗄芰俊?用途：建議 ENCUT 值；VASP 用最大值。

• EAUG = 600 含義：增強(qiáng)電荷截?cái)唷?用途：內(nèi)部計(jì)算。

• 原子配置塊：如量子數(shù) n, l, j、能量和占據(jù)。 含義：參考狀態(tài)定義。 用途：設(shè)置贗勢(shì)參考。

• 表格數(shù)據(jù)塊：贗勢(shì)的數(shù)值表。用途：核心計(jì)算數(shù)據(jù)。

• 結(jié)束：End of Dataset。

生成方式：cat POTCAR_Al POTCAR_C > POTCAR。重要性：確保計(jì)算準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。