Learn VASP The Hard Way (Ex46):表面弛豫的计算结果分析以及Direct坐标转换脚本

2018-01-09


Ex46 表面弛豫的计算结果分析以及Direct坐标转换脚本




前面一节我们回顾了一下表面弛豫的基本概念,对于大多数的金属体系来说, 表面弛豫一般发生在垂直方向上。将金属沿表面方向切成两份后,由于表面原子的配位数发生了变化, 我们可以想象:该表层原子与下面一层的结合能力会更强,从而降低体系的能量。具体体现在层间距和能量两个方面。

我们先回顾一下Ex44中Cu(111)表面的练习。




1 首先观察一下结构的变化


POSCAR的结构如下:(刚刚切好的,热乎的表面)

Cu\(1\1\1)

   1.00000000000000

     2.5717000960999998    0.0000000000000000    0.0000000000000000

    -1.2858500480999999    2.2271576141999998    0.0000000000000000

     0.0000000000000000    0.0000000000000000   21.2994003296000010

   Cu

   4

Selective

Cartesian

+0.0000000000   +0.0000000000   +0.0000000000   F F F

-0.0000128765   +1.4847792201   +2.0999078998   F F F

+1.2858629618   +0.7423784587   +4.1996028482   T T T

+0.0000000000   +0.0000000000   +6.2995107693   T T T


优化后的结构:(冷却后的,转化为Cartesian坐标的CONTCAR) 


Cu\(1\1\1)

   1.00000000000000

     2.5717000960999998    0.0000000000000000    0.0000000000000000

    -1.2858500480999999    2.2271576141999998    0.0000000000000000

     0.0000000000000000    0.0000000000000000   21.2994003296000010

   Cu

     4

Selective dynamics

Cartesian

+0.0000000000   +0.0000000000   +0.0000000000   F F F

-0.0000128765   +1.4847792201   +2.0999078998   F F F

+1.2858542192   +0.7423835062   +4.1890255872   T T T

+0.0000182442   -0.0000105333   +6.2592676588   T T T




表层原子的坐标从6.2995 减小到6.2593 A(没有word,打不出来带圈的A)。说明该层原子向体相收缩了。

第一、二层的原子间距为:

6.2995-4.1996 = 2.0999 (POSCAR)

6.2593-4.1890 = 2.0703 (CONTCAR),

前后变化了(2.0999-2.0703)/ 2.0999 = 1.4% 

注意:这里没有区分正负号,一般来说,用负值表示向体相收缩!!!(详见参考书)




2 那么怎么知道弛豫前后的能量变化呢? 


这个问题很容易回答: 

首先,我们对刚刚切好的表面算个单点能计算

然后,用优化完的能量减去前面一部的单点能结果即可。

实际计算过程中,第一步可以免去,因为在优化的时候,VASP会对初始结构计算一下,对应的为第一个离子步的能量。

qli@tekla2:~/test/cu/cu111/opt1$ grep '  without' OUTCAR  | awk '{print $7}'

-13.96892338

-13.96932426

-13.96974724

-13.97030280

-13.97016827

-13.97041579

-13.97047584

-13.97063103

-13.97082922

-13.97086603

所以,弛豫前后的能量变化为:

-13.97086603 - (-13.96892338) = -0.00194265 eV

能量为负值,说明刚刚切开的表面不稳定,表层原子向体相收缩后,体系能量降低,变得更稳定。

注意:这么做的时候,一定要先检查一下第一个离子步中的电子步是否收敛。

比如:VASP默认的单个离子步中的电子步数为40步:

NELM    =    40 

(http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/guide/node104.html)

如果你的NELM为默认值,且第一个离子步中,到了40步还没有收敛,则该步的能量是不可以用的。

此时,你需要做的就是:增大 NELM= 100 或者其他更大的数值, 对未优化的结构重新做个单点计算。




3   本节讲的太少,留个脚本作为补充


本节就先简单到这里了,下一节我们讲解一下表面能的计算。可能很多人抱怨这一节将的太少了。没办法,下周有个课题要结题,家里还有俩娃要伺候,上周末电脑刚刚被我恶意捣鼓崩溃了,现在word还没有时间安装,你看到的这一篇都是在记事本里面写出来的。为了打消大家的抱怨,上传一个本人写的脚本,将Direc坐标转化为Cartesian坐标。本节中CONTCAR的转化就是用的这个脚本。(脚本名为:dire2cart.py,具体见QQ群共享,百度网盘也登不上去了,暂时发不了共享链接,如有需要,等下一节的练习或者发邮件找我索取。)

脚本使用如下图: 


qli@tekla2:~/test/cu/cu111/opt1$ ls

CONTCAR  INCAR  KPOINTS  OSZICAR  OUTCAR  POSCAR  POTCAR  sub4  vasprun.xml

qli@tekla2:~/test/cu/cu111/opt1$ dire2cart.py POSCAR

###################################

#                                 #

#for VASP 5.2 or higher versions  #

#                                 #

###################################

This POSCAR has Direct Coordinations, Conversion is starting....

-----------------------------------------------------

POSCAR with Cartesian Coordiations is named as POSCAR_C

-----------------------------------------------------

注意:如果你的POSCAR已经是Cartesian坐标了,这个脚本可以自动识别并终止转换。




4 总结



谢谢大家的支持,请多多转发给那些需要入门的菜鸟们。

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