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表面能的计算

表面能计算

定义

表面能，是创造物质表面时，破坏分子间化学键所需消耗的能量。在固体物理理论中，表面原子比物质内部的原子具有更多的能量，因此，根据能量最低原理，原子会自发的趋于物质内部而不是表面。表面能的另一种定义是，材料表面相对于材料内部所多出的能量。把一个固体材料分解成小块需要破坏它内部的化学键，所以需要消耗能量。如果这个分解的过程是可逆的，那么把材料分解成小块所需要的能量就和小块材料表面所增加的能量相等。但事实上，只有在真空中刚刚形成的表面才符合上述能量守恒。因为新形成的表面是非常不稳定的，它们通过表面原子重组和相互间的反应，或者对周围其他分子或原子的吸附，从而使表面能量降低。

Northword大约 4 分钟VASP优化
DFT+U
DFT+U Calculation
 LDAU   = .TRUE.        (启用 DFT+U)
 LDATYPE=  2            (+U的类型)
 LDAUL  =  2 -1         (Orbitals for each species)
 LDAUU  =  3.5  0       (U for each species)
 LDAUJ  =  0  0         (J for each species)
 LMAXMIX=  4            (Mixing cut-off; 4-d, 6-f)
Northword小于 1 分钟VASP优化
吸附能的计算

吸附能的计算

Todo

影响因素

slab 模型在 Z 方向

  • slab 的厚度
  • 真空层厚度

一方面影响计算量的大小，另一方面，对于不同的体系，我们需要不同厚度的 slab 模型来保证计算的准确性。例如：对于金属体系来说，越开放的表面往往需要更多的层数。测试或参考他人成果。

slab 模型在 XY 方向

  • 表面大小：影响覆盖度，计算的工作量。
  • 吸附位点：top(t)，bridge(b)，fcc(f) 和 hcp(h)。
  • 吸附物种与表面结合情况：不同的分子构型?用什么原子?哪一部位和表面接触?初始猜测的键长多少? 等等
Northword大约 1 分钟VASP优化
Bader 电荷分析

Bader 电荷分析

Todo

理查德·贝德（Richard Bader）开发了一种将分子分解为原子的直观方法。他对原子的定义纯粹基于电子电荷密度。Bader 使用所谓的零磁通表面来划分原子。零通量表面是 2D 表面，其上电荷密度垂直于表面。通常在分子系统中，电荷密度在原子之间达到最小值，这是将原子彼此分开的自然位置。除了作为分子中原子可视化的直观方案外，Bader 的定义通常也可用于电荷分析。例如，Bader 体积内的电荷与原子的总电子电荷很接近。电荷分布可用于确定相互作用的原子或分子的多极矩。Bader 的分析也被用来定义原子的硬度，可以用来量化从原子中去除电荷的成本。

Northword大约 2 分钟VASP电子结构
频率分析

频率分析

Todo.... 频率分析是个啥，理论知识...

频率分析作用

  1. 确定结构是否稳定;

  2. 看振动方式和大小，用来和实验对比，棋博士最新的文章就是一个非常好的例子;

  3. 反应热，反应能垒，吸附能等的零点能矫正;

  4. 确认过渡态(有一个振动的虚频)

  5. 热力学中计算 entropy，用于计算化学势，微观动力学中的指前因子和反应能垒。

Northword大约 8 分钟VASP反应路径
自旋电荷密度

自旋电荷密度

本页以 O2 的自选电荷密度为例。

步骤

本页操作在完成 O2 结构优化、自洽、非自洽 中结构优化、静电自洽后进行。

在 2-scf/ 文件夹中进行。

有两种方法获得其自旋电荷密度：

方法 1：通过 VTST 脚本

# Usage
$ chgsplit.pl <CHGCAR>

# This example
[zjb@op 2-scf]$ chgsplit.pl CHGCAR
Atoms in file: 2
Points in total charge density: 1200000
Points in magnetization density: 1200000
Northword小于 1 分钟VASP电子结构
分子动力学

分子动力学入门

课上：八个水分子为例的分子动力学。

分子动力学

步骤

建模

在 MS 中建立模型，上传，vaspkit-106。

结构优化

INCAR 为：

详情 
[zjb@op geo2]$ cat INCAR 
Global Parameters
 ISTART =  0            (Read existing wavefunction; if there)
# ISPIN =  2           (Spin polarised DFT)
 ICHARG =  2         (Non-self-consistent: GGA/LDA band structures)
 LREAL  = .FALSE.          (Projection operators: automatic)
 ENCUT  =  400        (Cut-off energy for plane wave basis set, in eV)
 PREC   =  Normal       (Precision level)
 LWAVE  = .FALSE.        (Write WAVECAR or not)
 LCHARG = .FALSE.        (Write CHGCAR or not)
 NPAR   = 4           (Max is no. nodes; don't set for hybrids)
 ALGO   = Fast

Electronic Relaxation
ISMEAR =  0            (Gaussian smearing; metals:1)
SIGMA  =  0.05         (Smearing value in eV; metals:0.2)
EDIFF  =  1E-04        (SCF energy convergence; in eV)

Ionic Relaxation
NSW    =  100          (Max electronic SCF steps)
IBRION =  2            (Algorithm: 0-MD; 1-Quasi-New; 2-CG)
POTIM  =  0.3
#ISIF   =  2            (Stress/relaxation: 2-Ions, 3-Shape/Ions/V, 4-Shape/Ions)
EDIFFG = -1E-02        (Ionic convergence; eV/AA)
# ISM =  2            (Symmetry: 0=none; 2=GGA; 3=hybrids)
Northword大约 1 分钟VASP分子动力学
VASP

VASP

VASP 的全称 Vienna Ab-initio Simulation Package，是维也纳大学 Hafner 小组开发的进行电子结构计算和量子力学 - 分子动力学模拟软件包。

vaspkit 是一款 VASP 预 - 后数据处理脚本。最新版的 vaspkit 是王伟老师、许楠、刘锦程，唐刚，李强和乐平共同努力的成果。

因此我们需要区分开 VASP 和 VASPKIT。VASP 是一款计算模拟软件，而 VASPKIT 仅是为方便使用 VASP 而开发的一个脚本包。也即，如果不用 VASPKIT，你仍然可以使用 VASP 进行计算，无非麻烦一些罢了。

Northword大约 1 分钟VASP
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