DFT 中的自洽計算與非自洽計算
核心區(qū)別在于:是否通過迭代更新電子密度以滿足自洽條件,二者的計算目的、流程和參數(shù)設置截然不同。
一、 核心定義與本質(zhì)區(qū)別
1、自洽計算(SCF)
自洽計算的核心目標是求解基態(tài)電子密度。
它基于 Kohn-Sham 方程,通過迭代循環(huán)實現(xiàn):先假設一個初始電子密度,計算對應的勢函數(shù),求解單電子方程得到波函數(shù),再由波函數(shù)重新計算電子密度;重復此過程,直到兩次迭代的電子密度(或總能量)的差異小于設定閾值,達到自洽收斂。
收斂后得到的電子密度、總能量、電荷密度等,是體系的基態(tài)性質(zhì)。
2、非自洽計算(Non-SCF)
非自洽計算不更新電子密度,而是固定電子密度(通常取自 SCF 計算的收斂結果),在此基礎上求解 Kohn-Sham 方程,計算特定需求的物理量。
因為電子密度不再迭代更新,所以計算速度遠快于 SCF,且不需要滿足自洽收斂條件。
二、關鍵差異對比

三、 典型應用場景
1、自洽計算的應用
優(yōu)化晶胞參數(shù)和原子位置(結構弛豫,IBRION≠0時默認包含 SCF);
計算體系的基態(tài)總能量、形成能、結合能;
獲得收斂的電荷密度,為后續(xù) Non-SCF 計算提供輸入。
2、非自洽計算的應用
高精度能帶結構計算:先通過 SCF 得到基態(tài)密度,再選取高對稱 k 點路徑,用 Non-SCF 計算能帶(需設置KPOINTS為高對稱路徑);
態(tài)密度(DOS)計算:使用密集的 k 點網(wǎng)格,固定電荷密度計算 DOS,提高精度;
電荷密度差分、局域態(tài)密度(LDOS):基于固定密度分析電子分布的變化;
光學性質(zhì)、介電函數(shù)等進階性質(zhì)的計算。
四、 二者的關聯(lián)
在 VASP 的實際計算中,Non-SCF 計算幾乎總是依賴于 SCF 計算的結果:
1、先進行 SCF 計算,得到收斂的電荷密度文件(CHGCAR)和波函數(shù)文件(WAVECAR);
2、保持體系結構不變,修改INCAR參數(shù)(如設置ICHARG=11)、KPOINTS文件(如高對稱路徑),執(zhí)行 Non-SCF 計算,調(diào)用CHGCAR中的電荷密度進行后續(xù)求解。
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