VASP

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原子尺度材料模拟的计算机程序包

Vienna Ab-initio Simulation Package

        VASP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。它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。
       VASP通过近似求解Schrödinger方程得到体系的电子态和能量,既可以在密度泛函理论(DFT)框架内求解Kohn-Sham方程(已实现了混合(hybrid)泛函计算),也可以在Hartree-Fock(HF)的近似下求解Roothaan方程。此外,VASP也支持格林函数方法(GW准粒子近似,ACFDT-RPA)和微扰理论(二阶Møller-Plesset)。
       VASP使用平面波基组,电子与离子间的相互作用使用模守恒赝势(NCPP)、超软赝势(USPP)或投影扩充波(PAW)方法描述。
       VASP使用高效的矩阵对角化技术求解电子基态。在迭代求解过程中采用了Broyden和Pulay密度混合方案加速自洽循环的收敛。VASP可以自动确定任意构型的对称性。利用对称性可方便地设定Monkhorst-Pack特殊点,可用于高效地计算体材料和对称团簇。Brillouin区的积分使用模糊方法或Blöchl改进的四面体布点-积分方法,实现更快的k点收敛。


VASP的主要功能:

 

1. 泛函
  - 电子交换相关函数:LDA;GGAs(PBE,AM05,PBEsol);metaGGAs
  - 精确的非局域交换和杂化泛函:Hartree-Fork方法;Hartree-Fork/DFT混合,特别是PBE0和HSE06,B3LYP;屏蔽交换


2. 结构性质
  - 晶格结构参数:鍵长、鍵角、晶格常数、原子位置
  - 电子结构:能级、电荷密度分布、能带和电子态密度、电子局域函数


3. 能量导数
  - 力常数和应力


4. 动力学与弛豫
  - 从头算分子动力学:Born-Oppenheimer分子动力学
  - 离子弛豫方法:共轭梯度(conjugate gradient), 准牛顿(Quasi-Newton), 阻尼分子动力学(damped molecular dynamics)
  - 过渡态搜索:Nudged elastic band


5. 磁性
  - 共线和非共线性磁性
  - 自旋轨道耦合
  - 约束磁矩(magnetic moments)方法


6. 对静电场下的线性响应
  - 静态介电张量
  - Born有效电荷张量
  - 压电张量(包含离子贡献)


7. 对离子位置的线性响应
  - 原子间力常数和声子
  - 体弹性模量、弹性常数(包含离子贡献)
  - 内应变张量

 

8. 光学性质
  - 频率相关介电张量:独立粒子近似或GW的随机相近似(RPA)
  - RPA和TD-DFT计算介电张量
  - TD-DFT和TD-Hartree-Fork下求解Cassida方程(仅能用于非自旋极化的Tamm-Dancoff近似)


9. 格林函数方法
  - GW准粒子近似
  - GW顶点的Bethe-Salpeter(仅能用于非自旋极化的Tamm-Dancoff近似)
  - RPA近似下ACFDT总能


10. Berry相位
  - 宏观极化
  - 有限电场


11. 多体微绕理论
  - 二阶Møller-Plesset微绕理论