05 / REFERENCE

参数速查与计算审阅

查清参数的物理作用、单位与前提,建立可重启、可复现、可解释的计算记录。

本手册的输入示例已按资料核对,尚未逐例完成 VASP 实算验证。使用时须结合软件版本、赝势和具体体系检验。

01

先读懂参数,再复制模板

READ A TAG

INCAR 规定计算方法与控制项,POSCAR 描述结构,POTCAR 提供与元素顺序对应的 PAW 数据,KPOINTS 或 KSPACING 决定采样。一个标签写得合法,不代表这些文件彼此一致。读参数时依次确认:它控制什么物理或数值步骤、值的类型和单位、何时生效、与哪些输入有关,以及你的程序版本是否支持。

默认值表示“不写此项时程序怎样做”,并不表示它最适合你的材料。有些默认值还随其他标签变化,例如是否开启杂化泛函、是否读取成功的波函数,都会影响后续行为。教材中的某个数字同样只是带前提的起点;计算报告应记录实际采用的设置和收敛证据,而不是只写“采用默认精度”。

SYSTEM = Describe your model
ENCUT = 520       # eV; replace after convergence tests
EDIFF = 1E-6      ! electronic stopping threshold, eV
ISMEAR = 0; SIGMA = 0.05
LWAVE = .TRUE.

此处仅示范普通赋值、注释与分号,不足以独立定义一个可靠任务。逻辑量通常写成 .TRUE. 或 .FALSE.;数组既有逐原子项,也有逐物种项,不能混用。例如 MAGMOM 通常按原子序列展开,而 LDAUL、LDAUU、LDAUJ 按 POTCAR 物种顺序对应。4*0.0 表示四个相同数组值,并不表示算术乘法后只得到一个数字。

两种“物种数”。 为设置不同动力学或其他处理,同一种化学元素也可能在输入中分成多个物种区块。逐物种数组应对应实际 POSCAR/POTCAR 区块,不能只按化学式里不同元素的个数填写。

下面速查表整理常用项,不声称包含全部 VASP 参数。每项链接到官方 INCAR 文档或对应标签页;涉及特殊算法时,请继续阅读其适用性与版本说明。

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02

常用参数:按用途检索

PARAMETER INDEX

可按标签、关键词或类别查找。先看“作用”和“前提”,再决定数值;“精度”类解决数值表示,“电子/磁性”类还可能改变所求的物理状态,不能把它们统一理解为越大越好。

参数 / 官方说明分类 / 单位作用与使用前提与常见误用
ENCUT ↗精度
eV;正实数
平面波基组动能截断
按目标能量差、力或应力测试
不是电子能量上限;比较计算需统一已验证的截断
PREC ↗精度
字符串,如 Accurate
控制相关数值精度与 FFT 网格策略
与 ENCUT、网格及任务共同检查
Accurate 不代表所有误差已收敛
EDIFF ↗精度
eV;实数
电子自洽停止阈值
核对全计算单元的相邻步能量变化
不是每原子误差;设0改为固定 NELM 步
EDIFFG ↗精度
正值 eV;负值对应 eV/Å
离子优化停止条件
负值按力范数;正值按离子步能量变化
不用于判定分子动力学是否充分采样
LREAL ↗精度
Auto 或逻辑选项
选择非局域投影的实/倒空间处理
较大体系可测试 Auto 的费用和误差
Auto 与 .FALSE. 需做目标量对照
ADDGRID ↗精度
逻辑量
增广电荷的附加支持网格
测试是否确实降低所需力噪声
可能出现插值问题,不应无测试地对所有任务开启
LASPH ↗精度
逻辑量
PAW 球内梯度相关的非球形贡献
d/f、+U、杂化与 meta-GGA 等尤其需核对
更改后应保持能量比较对象一致
KSPACING ↗精度
Å⁻¹;正实数
未提供 KPOINTS 时自动生成网格的间距尺度
值减小通常增加 k 点
存在 KPOINTS 时被忽略;查看实际生成网格
KGAMMA ↗精度
逻辑量
自动网格是否以 Γ 为中心
与 KSPACING 和晶体对称性配合
不能覆盖显式 KPOINTS 的网格方式
ALGO ↗电子
字符串
电子优化算法选择
先用适合方法的稳健算法,再做性能测试
杂化中 Fast 不正确支持,VeryFast 不支持;按方法核对算法
NELM ↗电子
正整数;步
最大电子迭代次数
查看是否因达到上限而退出
加大上限不能修复错误结构或持续振荡
ISMEAR ↗电子
整数选项
决定占据与积分/展宽方式
按金属、带隙、静态或力任务选择
正值不宜直接用于有隙体系;四面体需合适网格
SIGMA ↗电子
eV;实数
占据展宽宽度
与 k 网格一起测试能量和力
只有相应费米统计展宽可直接作电子温度解释
NBANDS ↗电子
正整数
计算的能带数量
金属、杂化、光学等需足够空带
默认值或基态够用的数量不保证激发性质收敛
NELECT ↗电子
电子数;实数
指定体系电子总数
相对 PAW 价电子总数明确电荷态
周期带电体系需考虑背景、有限尺寸与参考能
ICHARG ↗电子
整数选项
初始化或固定电荷密度的方式
11 常用于兼容 CHGCAR 的固定密度步骤
固定密度不等于自洽;轨道依赖方法另核对
ISTART ↗电子
整数选项
波函数起始与重启方式
按可用且兼容的 WAVECAR 选择
从实际输出确认是否成功读取,不能仅看文件名
GGA ↗电子
字符串,如 PE
选择相应 LDA/GGA 形式
与目标方法及 PAW 数据兼容;PE 表示 PBE
不是把任何输入变成正确 PBE 工作流的单一开关
METAGGA ↗电子
字符串
选择 meta-GGA 泛函
核查版本、PAW 与动能密度等要求
网格和固定密度能带步骤可能不同于 GGA
IBRION ↗离子
整数选项
离子更新、MD 或响应任务选择
2 常用于共轭梯度优化;0 为 MD
不是所有正值都是几何优化;按具体任务读取文档
NSW ↗离子
整数;离子或动力学步数
离子或动力学步数上限
与 IBRION 一起定义任务长度
NSW 用尽不证明优化收敛;MD步数不等于平衡时间
ISIF ↗离子
整数0–8
应力计算与允许改变的晶胞/原子自由度
区分仅原子优化、变体积与变形状
含真空模型勿随意放开晶胞;8需VASP6.4.1+
POTIM ↗离子
MD为fs;有限位移为Å;其他随算法
时间步或离子位移/步长尺度
IBRION=0时必须显式提供合适时间步
不同 IBRION 下含义和单位不同
PSTRESS ↗离子
kbar
外部压力或相关压力项
明确应力符号及目标边界条件
1 kbar = 0.1 GPa;不能无依据当作拟合晶格常数的旋钮
ISYM ↗离子
整数选项
控制对称性使用
结构、初始磁矩与研究畸变共同决定
ISYM=0 与 −1 不完全等价;关闭对称性不是万能修复
SYMPREC ↗离子
实数;对称识别容差
决定对称分析中的数值精度
核对坐标舍入及真实小畸变
放宽容差可能把真实畸变识别成高对称结构
ISPIN ↗磁性
1或2
非自旋极化或共线自旋极化
允许磁性时通常配合多个 MAGMOM 初态
非共线另用 LNONCOLLINEAR;留意新版本组合限制
MAGMOM ↗磁性
μB;逐原子数组
初始磁矩与磁性对称性信息
共线每原子1项,非共线每原子3项
不固定最终磁矩;重启随意删除可能改变对称性
LNONCOLLINEAR ↗磁性
逻辑量
允许非共线自旋密度
使用 vasp_ncl 和正确的三分量输入
不需要靠 ISPIN=2 激活;核对版本兼容组合
LSORBIT ↗磁性
逻辑量
开启自旋–轨道耦合
使用 vasp_ncl,核对磁化方向与对称性
磁各向异性能量差很小,需严谨数值收敛
SAXIS ↗磁性
三分量方向;无量纲
定义自旋量子化轴与自旋坐标基
与 MAGMOM 三分量及输出坐标约定配合
不是施加外磁场;改变轴要同时核对向量解释
LDAU ↗磁性
逻辑量
开启局域相互作用修正
与 LDAUTYPE/LDAUL/U/J 成组设置
不应只开开关而未定义轨道和参数依据
LDAUTYPE ↗磁性
整数选项
选择 +U 或相关线性响应形式
2 为 Dudarev 形式;明确有效 U−J 定义
不同形式下 U/J 含义不同,不能混用文献数值
LDAUL ↗磁性
逐物种整数数组
指定施加修正的角动量通道
d为2,f为3,−1表示该物种不加
与 POTCAR 顺序一致,不是逐原子列表
LDAUU ↗磁性
eV;逐物种数组
所选形式中的 U 等势强参数
注明来源、计算或拟合方法
不同 U 下的绝对总能不能直接用于优劣排名
LDAUJ ↗磁性
eV;逐物种数组
所选形式中的 J 等势强参数
Dudarev 形式与 U 一起给出 U−J
LDAUTYPE=3 时含义不同,应读对应说明
LMAXMIX ↗磁性
非负整数
进入混合与电荷文件的单中心角动量上限
d/f 固定密度 +U 常需4/6并贯穿前后阶段
后一步提高它,不能恢复前一步未写出的信息
LWAVE ↗输出
逻辑量
控制波函数相关文件写出
需要重启或相应后处理时保存
关掉后不能假设目录里旧 WAVECAR 属于当前任务
LCHARG ↗输出
逻辑量
控制电荷密度相关文件写出
固定密度能带或电荷分析前规划保存
同名旧 CHGCAR 可能与当前结构不一致
LORBIT ↗输出
整数选项
局域轨道投影及相关输出
11 常用于按角动量分解的投影
投影依赖方法,不是唯一的原子电荷或氧化态
NEDOS ↗输出
正整数
DOS 能量轴采样点数
结合 EMIN/EMAX 设置所需网格
增大它不能代替增加 k 点或空带
EMIN ↗输出
eV;实数
DOS等能量窗口下限
在一致能量参考下定义范围
不等于自动设为相对费米能的下限
EMAX ↗输出
eV;实数
DOS等能量窗口上限
与 EMIN、NEDOS 和实际能带覆盖配合
窗口超过空带覆盖并不能产生缺失的态
LVHAR ↗输出
逻辑量
输出离子与 Hartree 部分的局域势
功函数等需明确取的是哪种势
LOCPOT 零点、真空平台与偶极修正均需核对
LAECHG ↗输出
逻辑量
重建并输出全电子特征的电荷密度
Bader 等分析须按所用流程选参考密度
输出含核、原子叠加、收敛价密度等不同文件,勿混淆
LHFCALC ↗进阶
逻辑量
开启 HF 型/杂化交换计算
配合泛函、AEXX、屏蔽及兼容算法
不是写一个开关就完成 HSE06 的全部定义
AEXX ↗进阶
无量纲实数
HF型精确交换的混合比例
随所选杂化形式明确记录
调比例是改变方法,不是普通收敛参数
HFSCREEN ↗进阶
Å⁻¹;实数
范围分离参数
标准 HSE06 使用0.2并需其他相容定义
不支持任意 GGA/meta-GGA 与屏蔽组合
IVDW ↗进阶
整数选项
选择成对或多体色散修正
记录具体修正及其与泛函的搭配
11与12阻尼不同;不要重复计入色散项
LDIPOL ↗进阶
逻辑量
加入偶极修正的势/力处理
配合 IDIPOL、DIPOL 与足够真空
不是任意带电周期体系误差的通用修复
IDIPOL ↗进阶
整数方向选项
选择偶极等静电修正方向
表面按法向与晶胞设置选择
方向与维度不匹配会改变物理解释
DIPOL ↗进阶
三分量分数坐标
计算偶极矩的参考中心
表面/分子常以合适的原子质量中心附近为起点
不是Å坐标;需保证修正区域与真空位置合理
IMAGES ↗进阶
非负整数
图像/副本计算的数量
NEB中对应中间图像并配初末态目录
也用于其他多副本方法,须核实任务和目录约定
SPRING ↗进阶
弹簧常数选项,eV/Ų
控制路径图像间的弹簧与 NEB 处理
原生 VASP 负值用于 nudged elastic band
不是越大路径越准;勿混用不同实现的优化器设置
MDALGO ↗进阶
整数选项
选择动力学热浴/晶格动力学算法
与 IBRION=0、ISIF 和热浴参数成组设置
设置温度并不自动得到目标系综或完成热化
TEBEG ↗进阶
K;实数
初始/目标温度相关设置
结合速度、热浴与 TEEND 等任务定义理解
它不是电子展宽 SIGMA;瞬时温度可涨落
LANGEVIN_GAMMA ↗进阶
ps⁻¹;逐物种数组
Langevin 原子自由度摩擦系数
MDALGO=3时按实际物种区块对应
不是fs⁻¹;NpT还需晶格摩擦与质量等设置
NCORE ↗并行
正整数
每条能带协作的 MPI ranks 数
纯MPI任务按分组、硬件和短基准测试选择
勿同时设NPAR;GPU/相应OpenMP路径会重置为1
NPAR ↗并行
正整数
能带并行分组数
阅读旧输入时识别其与 NCORE 的关系
和NCORE并存时此项优先;现代调优通常优先NCORE
KPAR ↗并行
正整数
k 点并行分组数
需整除可用 MPI ranks并兼顾不可约k点负载
没有很多k点时不能靠加大它获得收益;特殊算法另有含义

严格能量比较要保持一致的泛函、PAW 数据、截断策略及能量定义。改变 U、交换混合比例或电子数,常意味着改变研究模型,不能按总能越低就宣称方法越好。所有关键比较都要落回目标性质的误差与收敛。

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03

从任务反推前置文件

WORKFLOW MATRIX

下面列出常见工作流的依赖。所有行都仍需要相容的结构、方法、PAW 数据与采样;表中“额外文件”不是可以省略基本输入的意思。优先为不同任务建立独立目录,留下明确的上一阶段来源。

任务进入前应具备额外文件或处理完成后重点检查
第一次固定结构 SCF合理结构、电子数、磁态与采样可从原子密度开始,不强求已有 CHGCAR是否达到电子停止条件;磁态与占据是否合理
几何优化已测试的能量与力精度IBRION、NSW、ISIF 与约束须相互匹配残余力、应力、停止原因及局部驻点性质
最终静态能量优化后的 CONTCAR 经检查转作 POSCAR固定结构;按目标量收敛更精细采样比较对象方法一致,电子收敛,不误取中途结构
LDA/GGA 固定密度能带规则网格 SCF 的收敛电荷兼容 CHGCAR、ICHARG=11、对应晶胞的路径能量零点来自可靠 SCF;路径不用于总能积分
DFT+U 能带含一致 U、J、磁态与足够 LMAXMIX 的 SCF前后使用相容的 CHGCAR;d/f 通道分别核对4/6固定密度重算原规则网格是否重现原结果
杂化/meta-GGA 能带对应方法可用的轨道/密度状态按算法与版本采用正确路径;不能一律仅复制 CHGCAR空带、交换采样、算法及版本条件
有限位移声子充分优化且力噪声足够小的结构位移超胞与一致的力计算设置位移幅度、超胞、声学模与虚频振型
NEB分别优化的初末态、相同原子映射与晶胞中间图像目录;原生 VASP 或 VTST 的明确实现路径是否穿原子、各图像的投影力与路径分辨率
AIMD稳定结构、合适初速度/温度、明确系综时间步、热浴/压浴与兼容重启状态能量漂移、平衡段、采样长度与统计误差

版本例子:依赖动能密度的 meta-GGA 固定密度能带流程,在 VASP 6.6.0 前后有区别;新版本需按官方说明保留相应动能密度信息。不要把旧 PBE 教程的目录复制法当作所有泛函通用操作。详见官方能带步骤及本课电子结构任务。

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04

本地 INCAR 输入审阅

LOCAL INPUT REVIEW

把 INCAR 文本粘贴到下方,工具会识别普通 TAG = VALUE、# 与 ! 注释,以及同一行的分号分隔,提示重复标签和部分常见组合问题。文本在本页浏览器内处理;工具不会提交集群任务,也不会运行 VASP。

全部分析在本机浏览器完成,不上传文本。仅能提示已列出的语法与参数组合问题;没有提示也不代表参数正确。不会运行 VASP,也不会读取你的计算目录。

“没有提示”不表示设置正确。 这里没有读取 POSCAR、POTCAR、KPOINTS、CHGCAR 或输出文件,也不知道物种顺序、磁序、程序构建和目标精度。它不验证收敛、不预测结构合理性,不完整实现 VASP 的续行、数组、区块与全部语法。实际采用的输入仍需在 OUTCAR 中核对。

例如看到“检查 LMAXMIX”,应回到所研究的 d/f 轨道、前一步电荷保存设置与后一步固定密度流程,而不是机械复制一个数。看到“NEB 实现需确认”,应核对是否安装相应补丁与优化器,不能把 VTST 的参数直接写给未修改的原生程序。

练习:审阅器识别了 20 个参数,没有强警告,还要检查什么?

检查四类基本输入之间的元素、原子数与坐标顺序;查明所有重启文件来源;确认编译功能与版本;运行后检查实际读入的参数和停止原因;最后测试目标量对截断、采样和模型尺寸的收敛。这些都不是单看 INCAR 文本能完成的。

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05

并行设置:先分清 MPI、线程与 GPU

PARALLEL EXECUTION

增加核数不总能缩短时间。电子态之间要正交化,FFT 需要通信,文件读写也有成本。MPI rank 是进程,OpenMP 线程是进程内的并行单元,GPU 是另一种计算设备;提交脚本里的任务数不能不加区分地照抄成 NCORE。

对常见、没有额外图像或特殊算法分组的 CPU MPI 任务,KPAR 把进程划分给 k 点组,NCORE 规定一条能带由多少进程协作,NPAR 是对应的能带分组数。此时可用关系 NPAR = 总 MPI ranks / (KPAR × NCORE) 帮助检查整除关系;存在 IMAGES 或其他算法分组时要先扣除相应层次。这是分工关系,不是建议把三个参数都同时写入。

NCORE 与 NPAR 不应同时设置。若并存,官方说明 NPAR 因兼容旧输入而优先;现代 CPU MPI 调优通常优先使用 NCORE。应在同一代表性结构、同一物理参数下用短任务比较总耗时、每电子步耗时与峰值内存,再选合适组合。不能让一次测试改变了 NBANDS、收敛步数或硬件占用,却把全部差异归因于并行参数。

GPU 与 OpenMP 路径不同。 当前官方说明 GPU 路径、以及启用相应 OpenMP 线程并行时,会把 NCORE 重置为1;不要把纯 MPI 的 NCORE 调优表直接移过去。GPU 构建按每个可用 GPU 设备一个 MPI rank 配置,再结合 CPU 线程;部分多芯片设备有独立可见子设备,要按计算中心实际暴露的设备数理解。

GPU 构建也并非所有算法都在 GPU 上执行。核实具体 VASP 版本、GPU 实现、编译库与功能支持后,再用输出确认实际设备分配。KPAR 可减少部分通信,但过多分组可能负载不均或增加内存压力;Γ-only 任务没有很多 k 点可供分配。相关最新条件见NCORE、KPAR、GPU 构建与运行说明。

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06

重启、输出与可复现记录

RESTART & RECORDS

重启文件是某一步计算状态的保存,不是对任意新任务都合适的加速包。WAVECAR 保存波函数相关信息,CHGCAR 保存电荷与 PAW 单中心信息,CONTCAR 保存任务进行后的结构。它们是否完整、是否来自已收敛状态、能否与新晶胞、采样、电子数、方法和程序构建兼容,都需要核对。

从 CONTCAR 开始新一轮优化时,先检查结构、原子顺序与约束再写为新目录的 POSCAR。对动力学,速度和其他延续状态也可能重要;只保留坐标重新随机速度,不能叫作原轨迹的严格连续延长。进行文件复制前应保留上一轮日志,防止同名 OUTCAR 把导致问题的证据覆盖掉。

输出能帮助回答不能仅凭它断言
OUTCAR实际设置、电子/离子步骤、力、应力及方法信息存在文件不等于任务完成;必须看末尾与停止原因
OSZICAR / 标准输出快速追踪能量与迭代走势不是完整参数档案,也不替代详细收敛检查
CONTCAR当前或最终结构及有关延续信息不自动证明结构已经优化到力阈值
vasprun.xml / vaspout.h5结构化数据,方便受控后处理具体可用性取决于版本、构建与写出完整性
DOSCAR / PROCAR / EIGENVAL态密度、投影或能带相关数据投影电荷不等于唯一原子电荷;线模式费米能不可靠

建议每个计算目录附一份报告:结构来源与哈希、软件与数据集标识、提交脚本、全部关键输入、重启来源、停止判据、收敛曲线、后处理版本和结果单位。POTCAR 受许可管理,公开复现记录可写数据集名称、生成信息和校验值;不应把受限数据文件作为教学下载随意分发。

重启设置细节见ISTART与ICHARG。重新从头运行和读取旧状态运行应得到相容的目标量;若差异明显,先调查局部磁态、方法变化、PAW 单中心信息与收敛,再谈“机器误差”。

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07

一份能让他人复核的结果报告

REPORT YOUR RESULT

“计算得到吸附能 −0.6 eV”缺少必要上下文:相对于什么参考态、几种构型里哪一个、是否含零点能和熵、单位按一次吸附还是每个原子?用下列模板可以把这些问题放在计算开始前,而不是论文写作时再倒推补齐。

研究问题:比较 A、B 两个明确的候选构型。
目标量:写出计算定义、符号约定及单位。
模型:写明晶胞、组成、磁态、环境与结构来源。
方法:软件版本、PAW 数据、泛函、关键参数及依据。
数值检查:记录收敛测试及目标量变化,不只写最终阈值。
结果:写出数值、误差尺度、备选解释与验证范围。
可复现材料:输入、输出、提交脚本和后处理方法的保存位置。

把“预测”“模拟”和“实验验证”分开书写。例如“在给定 PBE+U 模型与超胞内,A 的电子能比 B 低”是一项受条件限定的计算结论;它没有自动证明实际样品在有限温度和气氛下只生成 A。记录这种边界不会削弱结果,反而让下一步验证更明确。

练习:相同输入在两台机器上得到末位不同的总能,首先怎样排查?

先确认 VASP 与 PAW 数据版本、编译功能、有效 NBANDS、实际读入设置及最终磁态相同;比较是否都达到足够的停止阈值。并行浮点运算顺序可带来微小差异,但不能用它解释远大于数值精度尺度的变化。把比较重点放在目标能量差、力与性质是否落在已建立的误差范围内。

完整记录模板可在本页下载区获取。回到课程首页,按自己的研究问题选择下一项练习。

从 OUTCAR 提取一份可核对的摘要

配套的 inspect_vasp_run.py 只读取文件,不修改计算目录。它提取最后的 TOTEN、无熵能量与 sigma→0 能量、最后一组原子力,以及程序的停止消息和文件 SHA-256。不同能量字段有不同含义,做差前必须统一约定。

使用整包示例时,从解压后的示例根目录运行下行命令,脚本位于 tools 子目录;若单独下载脚本,则把命令中的脚本路径改为实际保存位置。将 /path/to/run/OUTCAR 替换为自己的输出文件。

python tools/inspect_vasp_run.py /path/to/run/OUTCAR > summary.json

脚本需要 Python 3,不依赖额外软件包。若输出尚未写完,某些字段会是 null。最大力对所有读到的原子取模,包括被固定的原子,因此不能不加区分地拿它代替实际约束下的优化判据。

摘要不是自动验收。

文件内出现过 EDIFF 停止消息,并不能证明最后一轮或每轮电子迭代都收敛;出现计时页脚也不代表结构优化达到力阈值。脚本始终把 automatically_certified_converged 设为 false,请结合 OSZICAR、结构约束、计算目标和收敛实验判断。

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本模块示例文件

DOWNLOAD & CHECK

先读文件说明与对应章节,再补齐模型、POTCAR 与前置计算。后缀为 .template 的文件包含待改参数,不能原样提交。

原始资料与延伸阅读

READ THE PRIMARY SOURCES

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