Ex07 VASP的输出文件（三）
CONTCAR、OSZICAR我们已经大体了解了一下，这一节我们我们学习VASP的另一个极其重要的输出文件：OUTCAR。前面我们介绍到OSZICAR中包含了体系结构优化，电子结构迭代收敛的简单信息。OUTCAR中也包含这些信息，而且比OSZICAR的内容更加详细。此外，计算的参数设置（INCAR中有的，以及默认的），K点的设置，赝势的基本信息，VASP的版本，体系的几何结构以及电子性质相关的内容，计算的时间等，也都包含在OUTCAR中。所以说，OUTCAR是关于我们当前计算的一个非常全面的，多方位的信息汇总。
信息太多，VASP官网也没有对OUTCAR一个很详细地描述，大部分都是穿插在INCAR的计算参数中介绍的。这是因为（本人自己瞎猜的）：
VASP可以计算的性质很多，每一个特定的任务都有其对应的输出内容，这就导致了OUTCAR的复杂多样性，比如说优化结构、频率、声子谱，能带、DOS等计算等，这些都会有特定的输出，需要用户根据自己的计算内容去学习；- 另外一个原因就是里面的条目太多了，每一项单独解释都需要花费大量的时间。
信息多，就会容易让人眼花缭乱，不知所措。本节，我们就理一理思路，揭开OUTCAR神秘的面纱，让大家心里不至于那么恐慌。之前我们说过，VASP有很多输出文件，日常用的也就那么几个，有些估计等你文章发表了都不一定能用上。这也同样适用于OUTCAR中的信息，虽然多，但大部分基本用不到。
首先要告诉大家的是，VASP各个输出部分之间用很长的横杠分割（——————————-），当你看到横杠的时候，就知道要进入结果的下一个部分内容了。举个OUTCAR开头的例子。
1 | vasp.5.4.4.18Apr17-6-g9f103f2a35 (build Sep 22 2017 10:53:27) complex |
VASP的版本信息，在多少个核上运行。所以，如果你不知道，自己的任务是VASP哪个版本计算的，也不知道如何去VASP的安装目录查找版本信息，可以运行一下，然后在OUTCAR的开头去找。可以看到，后跟着一堆-，说明要进入下一部分内容（计算体系，参数）的描述了。分别是：POTCAR，POSCAR，KPOINTS，以及INCAR的信息。
1 | ----------------------------------------------------------------------------- |
基本上每次运行的时候，（即使你的输入是正确的），VASP都会输出一个大大的WARNING来吓唬你，不用担心，无视即可。但如果你的计算失败了，这个警告信息或许（个人感觉基本没用）对你排查错误可能会有所帮助。 WARNING下面是POTCAR的基本信息，如果你想通过OUTCAR查看POTCAR中的元素时，可以使用下面的命令：
1 | grep POTCAR OUTCAR |
ZVAL是该POTCAR中对应元素的价电子，这里氧原子含有6个外层价电子。你可以自行对比下POTCAR中的内容。再往下，就是POSCAR的内容：坐标格式，原子位置，以及晶胞的形状大小。
1 | -------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
体系的对称性以及点群操作相关的信息，在这里我们的体系是立方体，为O_h的点群，有48个对称操作。群论的知识大师兄早已原封不动地还给老师了，在这里就不再详细介绍了…
K点信息：想查看K点个数：grep irreducible OUTCAR 或者 grep irre OUTCAR
1 | Subroutine IBZKPT returns following result: |
下一部分就是INCAR的参数：
1 | SYSTEM = O atom |
计算参数详情（默认的参数值以及代表的意义也列出来了，这个地方大家仔细看下， 一些不常见的参数，VASP会自动采用默认值。上面给我们的启示就是：不懂就不要写，默认就可，很多默认的参数也没必要在INCAR里面再额外写一遍！强调一下，不知道的参数，不要瞎往INCAR里面放！新手的话经常会加一些乱七八糟的参数，导致计算错误。）
在统计完任务的基本输入后，VASP会总结一下本计算的文字描述，任务类型，体系大小，K点数目，计算所需的内存等信息。然后开始进入正式的计算部分：
1 | -------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
对于O原子的计算来说，就是一个离子步内，电子步的迭代。这里我们只展示一个电子步的迭代信息即可，剩下的格式是一样的。大家在自己查看的时候注意能量在不同迭代步数中的变化。
1 | --------------------------------------- Iteration 1( 1) --------------------------------------- |
每一电子步完成后，输出结果同时在OSZICAR中更新一行。
其中各项的具体含义：
alpha Z and the Ewald energy define the electrostatic interaction of the ions in a compensating electron gas. The alpha Z component deals with the divergent parts (G=0). The following parts are the Hartree and exchange correlation energy as defined in the Kohn-Sham Hamiltonian. The entropy part stems from the smearing (using the free energy as variational parameter， electronic entropy)， EBANDS from Kohn-Sham eigenvalues， and EATOM is the reference energy for the potential (which is defined in the POTCAR file).
（摘自：https://cms.mpi.univie.ac.at/vasp-forum/viewtopic.php?t=273）
迭代结束，输出主要的结果：费米能级以及能带信息。
Band 1 对应的是2个 2s 电子，
Band 2-4 对应的是4个2p电子。固体物理中，费米能级对应的是最高电子占据轨道的能量，也就是HOMO，大家可以对比下band 2-4的能量和费米能级的能量。
1 | -------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
费米能级的获取：grep E-fermi OUTCAR
各个方向力的大小，体系的坐标（和CONTCAR是一样的），以及体系的能量。下面第一行的意思是达到了我们设置的收敛标准，迭代停止了。（后面我们会详细介绍收敛相关的事项，大家先有个印象。）
1 | ------------------------ aborting loop because EDIFF is reached ---------------------------------------- |
上面的能能量有好几个，很多人不知道该用哪一个。前面我们讲解OSZICAR的时候，告诉大家要使用E0后面的那个数值，那么在OUTCAR中与E0对应（相同）的是energy(sigma->0) = 后面的那个。所以，在今后的学习中，我们不要再提问使用OUTCAR中的哪个能量的问题了。提取能量的命令：
1 | grep without OUTCAR | tail -n 1 |
之所以用tail -n 1是为了保证我们取的是最后一步的能量。O原子肯定就一步，但以后优化结构的时候，就有很多步了。这里有一点需要注意的是：前面出现了一个entropy，也就是熵。但这个Entropy是采用ISMEAR方法而导致的，与物理化学中的熵这个概念不一样，如果你要计算熵，则需要通过计算频率，然后通过公式求解。看不懂不要紧：记住这里的Entropy不是物化书中的就OK。
再往下是实际计算的内存和时间等信息，看到下面，说明计算正常结束了。
1 | -------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
分析完前面的内容，大家会发现：具体到里面各项的含义以及各个细节上，还有很多值得讨论的地方，比如群论，薛定谔方程求解过程，POTCAR的相关信息等。对于新手来说，看完本节，能大体浏览下来，知道各个部分包含什么内容就很不错了。
总结
本练习中，带领大家粗略浏览了一遍OUTCAR各部分的信息。大家在浏览的时候时刻要思考：
- 这部分包含的什么内容，具有什么物理或者化学意义？
- 怎么用
grep 关键词获取有用的信息等。 - 怎么获取体系的能量；知道用众多能量中的哪一个。
- 如何将
OUTCAR的内容与计算的输入和输出文件关联起来。 - 由于计算内容的多样性，对于
OUTCAR的详细解释，需要很多的时间和精力去完成补充。一次性解释清楚是不可能的事情，所以在后续的计算过程中，我们还会结合具体的例子进行讲解。
一般来说，等你计算上手之后，OUTCAR里面的很多内容，可能等课题结束或者毕业了，都不会用到。更进一步说，你可能都不需要打开OUTCAR了。因此，完全不用担心里面的很多内容不理解。但，这不是我们偷懒的理由，如果你想把VASP学好，学精，这些都需要自己下功夫去琢磨，理解。
