Meijie Wang

3.13 DFT 计算常见问题

3.13.1 不同体系不同任务的输入文件

任何一个计算任务开始之前，请务必确保你的POSCAR是你想要的，同时确认POTCAR中的元素对应的赝势没有弄错。对于POSCAR来说，元素是否正确，元素顺序和原子坐标信息是否对应等，并且其中没有原子重叠的情况。一般在vesta肉眼看不出原子是否重叠，可以用ovito查看RDF（径向分布函数）来判断是否有原子重叠，如果RDF在0附近有峰，说明有原子距离十分近。自行网上搜索“OVITO下载，OVITO查看RDF”。

目前为止，DFT计算中常见的主要基本计算内容都已经介绍。针对不同的结构，不同的任务，考虑各种效应时，都需要针对地设置INCAR中不同的参数，并配合相应的KPOINTS文件。要明确你的体系是否要考虑磁性、强关联效应（+U）、VDW、SOC等效应；如果需要考虑这其中一种或多种，则结构优化、静态计算、能带态密度计算、声子、AIMD等一系列计算都需要在INCAR中加上相应的参数。有时候SOC对声子谱影响很小，一般在算声子时不考虑SOC，因为SOC算声子的时候计算量和内存需求很大。但是磁性体系算声子时一定要考虑磁性（已经明确的磁性体系不考虑磁性时，原子间的力算得不对，声子频率自然也不对，其余如+U，VDW同理）。

特别强调，对于磁性体系，一般跑300K或者更高温度的AIMD时，是不需要开自旋参数的，其物理含义是：磁性是材料在低温下的状态，大部分磁性材料在300K以上变非磁了，因此不开自旋参数做MD模拟更合理。当然有很多磁性体系在更高温度仍能保持磁性，需要分情况讨论。

  1. 如果含有d/f电子，比如含过渡金属，尤其是V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni以及稀土元素等，通常需要考虑是否有磁性，ISPIN=2以及MAGMOM参数；如果是它们的O/S化物，还可能需要进一步考虑强关联效应（+U），具体需要看相关体系的计算文献。

  2. 如果体系是层状材料，或者含小分子基团，则一般需要考虑VDW作用。

  3. 如果体系含有重元素，原子序数超过50的，一般还需要考虑SOC效应，尤其是对于能带结构和带隙的影响。

  4. 绝大部分计算时最常用的两种泛函是PBE和LDA。有时候某些性质如状态方程等也会用到如SCAN等高级一些的泛函，此外，一些分子体系也可能需要杂化泛函如B3LYP等。对于半导体和绝缘体，如果要获得体系准确的带隙，一般用杂化泛函，比如典型的HSE06；有些半导体体系也会用DFT+U的方法获得与实验匹配的带隙；不同泛函的使用，通过在INCAR中设置相应参数实现

https://www.vasp.at/wiki/index.php/List_of_hybrid_functionals

https://blog.shishiruqi.com/2019/05/20/hse/

  1. 有时候PBE或者HSE算出来的能带最上方几条锯齿形太严重，可以通过在INCAR中提高NBANDS参数（见2.3.5）再重新做的band计算即可。

  2. 当研究稀土元素时，VASP提供两套赝势，一套是把f电子作为芯电子，一套是将其视为价电子。原则上需要用后者的赝势进行计算，但通常此时在计算中容易遇到SCF不收敛的问题，解决方法见2.3.5；有时候也会直接用不含f电子的赝势文件。

  3. 原子数越多的计算，一般建议使用更多的cpu核心数，通过修改任务提交脚本实现。过多使用核数，可能造成计算资源浪费，边际效用递减。个人经验，保持核数和原子数接近是比较有性价比的选择之一。

  4. 在所有计算中合理利用NCORE和KPAR参数，以加速计算。但有一些计算，如算bader或者ELF，或者DFPT计算声子时，可能不支持设置NCORE为非1（默认1）。

  5. 不同的计算任务用了不同的vasp版本，或者在不同的服务器算的，会影响结果吗？一般不会，只要确保赝势版本是5.4.4版本以后即可，且是PBE而非PW91（目前一般下载到的都是新版的PBE）。但为了安全起见，最好拿一个结构在不同服务器或者VASP版本下测试静态计算的能量和力的差别。

3.13.2 如何实现不同泛函？

常用的泛函类型是PBE和LDA。一般来说，计算过程中，对所有元素需要采样相同的泛函类型。通过以下命令查看当前POTCAR的泛函类型

grep LEXCH POTCAR

输出的内容是LEXCH = PE，表明当前POTCAR对应的是PBE类型，见VASPwiki官网：https://vasp.at/wiki/LEXCH

（1）如果要实现LDA泛函，有两种途径：

一是在PBE的POTCAR下，在INCAR中设置GGA=CA

二是直接用LDA的POTCAR

（2）PBEsol泛函。在PBE的POTCAR下，直接INCAR里面设置：

GGA = PS

其余泛函设置逻辑类似，见https://vasp.at/wiki/GGA

还有一种更高级的meta-GGA泛函，比如SCAN。

（3）SCAN泛函。在PBE的POTCAR下，直接INCAR里面设置下面两行：

METAGGA = SCAN

LASPH =.TRUE.

SCAN泛函的计算量比常规的PBE高几倍。

（4）r2SCAN泛函

METAGGA = R2SCAN

LASPH =.TRUE.

更多meta-GGA泛函见https://vasp.at/wiki/METAGGA

一般来说，需要根据体系进行测试。最直接的，询问你的导师或者指导你做科研的师兄师姐。

3.13.3 常见的报错以及解决思路

由于新手学VASP初期会遇到太多可能的报错，要在这里把所有可能遇到的报错讲清楚，不是这份手册的目的，因此这里只提供一些解决思路。一般来说，报错分两类，一类是服务器的问题，一类是vasp的问题；报错提示一般在计算任务结束后输出的err或者out后缀的文件中，或者在result/OUTCAR文件中。

对于服务器的问题：

  1. VASP没安装成功，导致vasp没有开始运行。这一点可以从服务器提交任务后输出的err或者out文件中确认，或者查看vasp是否有顺利输出OUTCAR或者result文件，以及通过里面的内容查看vasp是否顺利开始运行。

  2. 任务使用的内存不足。当你看到VASP的任务没有成功完成（查看OUTCAR确认）且result或者OUTCAR中并没有显示ERROR信息，但是计算队列中任务已经结束时，这时候需要查看服务器输出的err或者out文件。一般可以增加核数，或者降低计算精度（如ECUT和k点数量）来测试是否是这个原因。

  3. 服务器某些节点故障，可能导致任务卡住。比如你发现长时间下VASP都没有更新输出文件，这时候可能是服务器的某些节点出问题，需要终止任务重新提交。一般可以通过ll -h查看上一次文件更新距离现在隔了多久。注意有些服务器的时钟不是北京时间，自行甄别。

  4. 服务器资源被抢占，导致某些电子步运行时间明显不合理，任务不会报错，会继续算，但是速度很慢。此时需要咨询服务器管理员。通过grep LOOP OUTCAR查看电子步运行时间。一般来说，每一次电子步运行时间不会相差一个量级。HSE是例外，因为它一开始做PBE计算，后面开始HSE计算。

对于VASP中可能的报错

  1. 一般来说VASP中的报错都会在result或者OUTCAR中输出，并且会给出相关的解决方法，仔细阅读里面的ERROR内容遵循官方的建议进行操作即可。并且，请务必确保你的操作无误，比如做NSCF计算时，提供的POSCAR和前面SCF计算的POSCAR要完全一样，并且确保CHGCAR不是空的。

  2. 如果VASP没有给出明确的原因，比如OUTCAR或者result中一些报错只给了一些数字代码信息，你很难判断问题在哪时，可以把报错复制到网上，用google或者edge搜索。或者向课题组其它成员咨询。有时候result文件中会看到电子步迭代到某一步时，后面出现ERR，但没有说详细原因。此时可以考虑更换ALGO参数。

  3. 有时候result中会输出一些WARNING信息。一般来说WARNING信息可以不用管，但建议你最好仔细阅读其中的内容。唯独有些情况下，WARNING会提示你NBANDS可能太少，尽管当前计算已经收敛，但还是建议你增加NBANDS，见教程2.3.5

  4. VASP显示POSCAR的信息有问题，但实际检查发现写法没有错，并且没有原子重叠。此时可能是POSCAR里面的信息有一些乱码，肉眼看不出来，但是程度读取信息时出错。可以用vaspkit-411或者412功能转一次分数或直角坐标，再把新生成的POSCAR_REV文件作为新的POSCAR进行计算即可。新版vaspkit-151该功能的命令是413.

  5. VASP计算绝大部分人最容易遇到的问题可能就是“自洽计算不收敛”，注意这里的“自洽计算”并不单单指某一次静态自洽计算，因为在很多任务中，都嵌套着很多个“自洽计算”。这种情况下，解决办法思路和“静态自洽计算不收敛”一样，除了本教程提供的例子之外，也建议多从网上或者师兄/师姐那里寻求思路。

3.13.4 一些有用的快捷命令

查看电子步时间 grep LOOP OUTCAR

查看离子步时间 grep LOOP+ OUTCAR

查看OUTCAR中压强信息 grep “in kB” OUTCAR

查看OUTCAR中原子受力信息 awk “/POSITION/,/total drift:/” OUTCAR

这里有些引号“”直接复制到Linux服务器终端上时可能会格式不对，重新手动输入即可。合理利用grep和awk命令可用快速查看特定文件中很多重要信息。可以在Linux的~/.bashrc文件中用alias命令给这些命令设置快捷字符，请自行网上学习alias命令的用法。

基于vaspkit可能常用到的功能

快速生成0.025密度下的KPOINTS echo -e “102 \n1 \n0.025” |vaspkit

快速寻找POSCAR结构的对称性：vaspkit的 601功能

寻找CONTCAR的对称性：vaspkit的 608功能

把当前结构的原子坐标转为分数/直角坐标 vaspkit 的411和412

寻找当前POSCAR结构的（惯用）晶胞或原胞 ：vaspkit 的 602输出原胞；603输出晶胞。二者都是读取POSCAR文件。如果要对CONTCAR操作，需要先把CONTCAR命令为POSCAR，记得新建文件夹，不要覆盖原先的POSCAR。

注意，不同版本的vaspkit中某些命令模块可能有变化，该手册主要以1.4.0为准，部分命令会用到1.5.1版本。建议多查看vaspkit不同的功能模块，并多摸索以及从vaspkit官网了解其用法。