VASP

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。

基本介紹

• 外文名：VASP
• 類型：模擬軟體包
• 性質：商用軟體
• 開發者：維也納大學Hafner小組

簡介

VASP--原子尺度材料模擬的電腦程式包

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也支持格林函式方法（GW準粒子近似，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。在疊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、準晶和無定性材料，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、電荷密度分布、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準粒子修正)

VASP 5.2的新功能

1. 大規模並行計算需要較少的記憶體。

2. 加入新的梯度校正泛函AM05和PBEsol；用標準PBE POTCAR檔案提供新泛函；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回響，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）。線性回響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；禁止交換；（實驗性的）簡單模型勢GW-COHSEX，用於經驗的禁止交換核心；（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，禁止交換，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中疊代本徵矢直至自洽；（實驗性的）疊代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；

用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）。

程式亮點

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. 在平面波程式中，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。程式使用的疊代矩陣對角化方案（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。