理论催化计算实战教学6-收敛性测试.pdf

研之成理—理论催化计算实战教学(6) vasp收敛性测试 主讲人：刘锦程 st Last update: Oct 9 , 2018 经过前5节课vasp基础和两节Linux的学习，我们 已经有了VASP 学习的基本知识构架。我们VASP 的赛 车也要从维修区驶入正式赛道了。之前讲过的内容我 就默认大家已经都明白了，如果有科研方面的问题欢 迎来到理论计算化学研习社讨论 。(QQ 群： 905699144) 下面的时间里就是和大家一起精进技艺了。 这节课我们就来探讨一个量子计算科学的技术性问题： 收敛性测试 因为我们使用的计算方法中涉及了非常多的近似手段，对于一些用到的近似手段 我们要测试参数是否是可以接受的。 一般来说对于化学过程能量变化的尺度在1 kcal/mol这个级别，所以计算精度要求 达到0.1 kcal/mol (~0.004 eV)。而我们做表面催化计算，能量一般以eV做单位， 同时保留二位小数，也就是说我们计算结果的误差在0.01eV 以内。（但实际上由 于化学过程的复杂性，各种各样的因素的影响，相对能量误差要达到0.01 eV的精 度也是非常困难的，所以这里并没有严格误差范围标准。） 比如受限于计算资源和时间。平面波基组无法取无限大，K点无法取无穷密，SCF 收敛和几何结构的收敛判断标准不能过于严格。 基于此我们在正式开始计算之前一般要对ENCUT，KPOINTS，EDIFF等参数做收 敛性测试，做表面计算还要对表面模型slab的层数做收敛性测试。。。 绝对能量，相对能量 绝对能量：在计算化学的讨论中，绝对能量一般指程序输出的能量，比如VASP 里的OUTCAR里输出的这些能量都是绝对能量。绝对能量的物理意义是把体系中 的所有粒子(原子核和电子)分离到无限远所需要的能量。VASP这个程序比较特殊， 她把赝势对总能量的贡献不算到最后的输出里。了解即可。 相对能量：由于物质守恒，所有化学变化都是从反应物到产物的过程，相对能量 就是产物的能量减去反应物的能量。比如下面这个反应计算N 分子得吸附能: 2 ∆E = E(Fe N /Al O ) - E(Fe /Al O ) - E(N ) ads 3 2 2 3 3 2 3 2 其中∆E是相对能量，E(Fe N /Al O ) ，E(Fe /Al O ) ，E(N )是绝对能量，实际 3 2 2 3 3 2 3 2 结果分析的时候我们只关心相对能量，所以只要能把相对能量算准就可以了。 先来看书本上的例子1：计算Cu晶体，使用不同ENCUT的值时的体系总能变化 DENSITY FUNCTIONAL THEORY 63页 再来看书本上的例子2 ：计算Cu晶体，使用不同KPOINTS时的体系总能变化 DENSITY FUNCTIONAL THEORY 56页 收敛性测试θ-Al O primitive cell 的ENCUT取值 2 3 Exercise 1：ENCUT测试，注意，一般做晶体的收敛性测试需要事先用高精度的方法 对晶胞进行结构优化，在优化好的结构基础上做收敛性测试，这里由于我们用的是 materials project别人已经在相同的方法下优化好的结构，所以直接就拿来做收敛性测 试的讲解了。关于晶胞的优化我们会在下一节课讲解。 INCAR文件： KPOINTS文件： ISTART = 1 Name # first line ICHARG = 1 0 # 0, generates k-meshes automatically ENCUT = *** G # Gamma centered Monkhorst-Pack grids