VASP

維也納大學開發的模擬軟體包

VASP全稱Vienna Ab-initio Simulation Package。

VASP是維也納大學Hafner小組開發的進行電子結構計算和量子力學-分子動力學模擬軟體包。它是目前材料模擬和計算物質科學研究中最流行的商用軟體之一。

簡介


VASP--原子尺度材料模擬的計算機程序包
Vienna Ab-initio Simulation Package
VASP是維也納大學Hafner小組開發的進行電子結構計算和量子力學-分子動力學模擬軟體包。它是目前材料模擬和計算物質科學研究中最流行的商用軟體之一。
VASP通過近似求解Schrödinger方程得到體系的電子態和能量,既可以在密度泛函理論(DFT)框架內求解Kohn-Sham方程(已實現了混合(hybrid)泛函計算),
也可以在Hartree-Fock(HF)的近似下求解Roothaan方程。此外,VASP也支持格林函數方法(GW准粒子近似,ACFDT-RPA)和微擾理論(二階Møller-Plesset)。
VASP使用平面波基組,電子與離子間的相互作用使用模守恆贗勢(NCPP)、超軟贗勢(USPP)或投影擴充波(PAW)方法描述。
VASP使用高效的矩陣對角化技術求解電子基態。在迭代求解過程中採用了Broyden和Pulay密度混合方案加速自洽循環的收斂。VASP可以自動確定任意構型的對稱性
利用對稱性可方便地設定Monkhorst-Pack特殊點,可用於高效地計算體材料和對稱團簇。Brillouin區的積分使用模糊方法或Blöchl改進的四面體布點-積分方法,實現更快的k點收斂。

主要功能


· 採用周期性邊界條件(或超原胞模型)處理原子、分子、團簇、納米線(或管)、薄膜、晶體准晶和無定性材料,以及表面體系和固體
· 計算材料的結構參數(鍵長,鍵角晶格常數,原子位置等)和構型
· 計算材料的狀態方程和力學性質(體彈性模量和彈性常數)
· 計算材料的電子結構(能級、電荷密度分佈、能帶、電子態密度和ELF)
· 計算材料的光學性質
· 計算材料的磁學性質
· 計算材料的晶格動力學性質(聲子譜等)
· 表面體系的模擬(重構、表面態和STM模擬)
· 從頭分子動力學模擬
· 計算材料的激發態(GW准粒子修正)
VASP 5.2的新功能
1. 大規模并行計算需要較少的內存。
2. 加入新的梯度校正泛函AM05和PBEsol;用標準PBE POTCAR文件提供新泛函;改善了單中心處理。
3. 離子位置和格矢中加入有限差分,從而得到二階導,用於計算原子間力常數和聲子
(需要超晶胞近似),和彈性常數。計算中自動考慮對稱性。
4. 離子位置和靜電場中加入線性響應,從而得到二階導,用於計算原子間力常數和聲子
(需要超晶胞近似),Born有效電荷張量,靜態介電張量(電子和離子貢獻),內應變張量,壓電張量(電子和離子貢獻)。線性響應只能用於局域和半局域泛函。
5. 精確的非局域交換和雜化泛函:Hartree-Fock方法;雜化泛函,特別是PBE0和HSE06;屏蔽交換;(實驗性的)簡單模型勢GW-COHSEX,用於經驗的屏蔽交換內核;(實驗性的)雜化泛函B3LYP。
6. 通過本徵態求和計算含頻介電張量:使用粒子無關近似,或通過GW的隨機相近似。可用於局域,半局域,雜化泛函,屏蔽交換,和Hartree-Fock。
7. 完全含頻GW,速度達到等離子極點模型:單發G0W0;在G和W中迭代本徵矢直至自洽;(實驗性的)迭代G(也可以選W)本徵矢的自洽GW;(實驗性的)對相關能使用RPA近似的GW總能量;
LDA計算G和W的頂點校正(局域場效應),僅能用於非自旋極化的情況;(實驗性的)W的多體頂點校正,僅能用於非自旋極化的情況。
8. 實驗性的功能:用TD-HF和TD-雜化泛函求解Cassida方程(僅能用於非自旋極化的Tamm-Dancoff近似);GW頂點的Bethe-Salpeter(僅能用於非自旋極化的Tamm-Dancoff近似)。

程序亮點


1. VASP使用PAW方法或超軟贗勢,因此基組尺寸非常小,描述體材料一般需要每原子不超過100個平面波,大多數情況下甚至每原子50個平面波就能得到可靠結果。
2. 在平面波程序中,某些部分代碼的執行是三次標度。在VASP中,三次標度部分的前因子足可忽略,導致關於體系尺寸的高效標度。因此可以在實空間求解勢的非局域貢獻,並使正交化的次數最少。當體系具有大約2000個電子能帶時,三次標度部分與其它部分可比,因此VASP可用於直到4000個價電子的體系。
3. VASP使用傳統的自洽場循環計算電子基態。這一方案與數值方法組合會實現有效、穩定、快速的Kohn-Sham方程自洽求解方案。程序使用的迭代矩陣對角化方案(RMM-DISS和分塊Davidson)可能是目前最快的方案。
4. VASP包含全功能的對稱性代碼,可以自動確定任意構型的對稱性。
5. 對稱性代碼還用於設定Monkhorst-Pack特殊點,可以有效計算體材料和對稱的團簇。Brillouin區的積分使用模糊方法或四面體方法。四面體方法可以用Blöchl校正去掉線性四面體方法的二次誤差,實現更快的k點收斂速度