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2012-03-09 08:51:09
VASP是固体物理程序中非常稳定，性能优秀的软件之一，被广泛的用于固体性质的计算。在这里，我们以Pt金 属为例，介绍如何用VASP计算并且可视化VASP的能带计算结果。进行能带计算首先要进行正常的自洽的计算。主要目的是得到能带计算所需要的基态的电荷 密度文件。所以必须保证LCHARG=.TRUE.。可以用如下的INCAR文件和KPOINTS文件。
INCAR
Pt-bulk
PREC = High
NSW = 50 number of steps for
IBRION =2 conjugate-gradient
ISMEAR = 1
SIGMA = 0.2
LCHARG = .TRUE.
KPOINTS
kpoints
0
Monkhorst
12 12 12
0 0 0
进行完自恰计算后，用以下的INCAR文件进行能带结构的计算。关键是要保持自洽的电荷密度不变，即ICHARG=11。
Pt-bulk
PREC = High
NWRITE = 1
Ionic Relaxation
NSW = 0 number of steps for IOM
IBRION = -1 conjugate-gradient algorithm
DOS related values:
ISMEAR = 0
ICHARG = 11
KPOINTS文件如下，我们选取了5个高对称方向，每个方向上21个K点来构建能带图。
kpoints
21 ! 21 intersections
Line-mode
cart
0 0 0 ! gamma
1 0 0 ! X
1 0 0 ! X
1 0.5 0 ! W
1 0.5 0 ! W
0.5 0.5 0.5 ! L
0.5 0.5 0.5 ! L
0 0 0 ! gamma
0 0 0 ! gamma
1 1 0 ! K
得到的OUTCAR文件里就包含了各个指定K点所对应的能级，也就是我们常说的能带结构。
E-fermi : 7.4279 XC(G=0): -13.2605 alpha+bet :-12.7584
add alpha+bet to get absolut eigen values
k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000
band No. band energies occupation
1 -2.4770 2.00000
2 3.7825 2.00000
3 3.7825 2.00000
4 3.7825 2.00000
5 5.7731 2.00000
6 5.7731 2.00000
7 22.8395 0.00000
8 27.5743 0.00000
9 27.5744 0.00000
k-point 2 : 0.0000 0.0250 0.0250
band No. band energies occupation
1 -2.4444 2.00000
2 3.7614 2.00000
3 3.7990 2.00000
4 3.7990 2.00000
5 5.7500 2.00000
6 5.7816 2.00000
7 22.8879 0.00000
8 27.4306 0.00000
9 27.5713 0.00000
…....
中间省略部分
…….
k-point 105 : 0.5000 0.5000 1.0000
band No. band energies occupation
1 0.6467 2.00000
2 1.1067 2.00000
3 7.3042 1.61813
4 7.8021 0.00814
5 7.8021 0.00814
6 9.2022 0.00000
7 15.7878 0.00000
8 18.8190 0.00000
9 18.8190 0.00000
可见，OUTCAR文件里包含了我们在KPOINTS中指定的105个K点。
将VASP的OUTCAR里的能带信息可视化通常是个比较头疼的事，如果要将这些信息粘贴到Origin之类的软件里进行可视化，需要大量的数据格 式处理。这里我们教大家用awk文本处理程序和gnuplot画图程序简单快捷地画VASP的能带结构图。我们在这里将不详细介绍awk或者 gnuplot的语法和功能，而仅仅给出一个用它们画VASP能带图的解决方案。
首先我们将OUTCAR里的从k-point 105到k-point 105的部分存成另外一个文件，不妨称之为Band.raw。
ExtractBand.awk
#!/usr/bin/awk –f
/k-point/ {
printf "%d ",$2
getline
for ( i=1; i<=9; i++ ) {
getline
printf "%8.3f ", $2
}
printf "\n"
}
然后我们运行如下的awk script。./ExtractBand.awk Band.raw > band.dat
这个awk script的功能是将OUTCAR里的输出信息进行格式化，以便于gnuplot画图
OUTCAR里的原始格式
……
k-point 98 : 0.3250 0.3250 0.6500
band No. band energies occupation
1 1.8846 2.00000
2 2.8157 2.00000
3 3.7368 2.00000
4 5.4560 2.00000
5 6.6622 2.00000
6 11.3258 0.00000
7 16.2724 0.00000
8 16.7466 0.00000
9 24.2900 0.00000
k-point 99 : 0.3500 0.3500 0.7000
band No. band energies occupation
1 1.6640 2.00000
2 2.5342 2.00000
3 4.1600 2.00000
4 5.7507 2.00000
5 6.9403 1.99944
6 12.1407 0.00000
7 15.0639 0.00000
8 16.8554 0.00000
9 23.0580 0.00000
……
经过ExtractBand.awk处理后的band.dat的格式
……
98 1.885 2.816 3.737 5.456 6.662 11.326 16.272 16.747 24.290
99 1.664 2.534 4.160 5.751 6.940 12.141 15.064 16.855 23.058
……
然后我们运行以下的gnuplot脚本文件，来得到能带图。运行plotBand.sh，就得到band.eps，如图所示。
plotBand.sh
#!/bin/bash
x1=21
x2=41
x3=61
x4=81
x5=101
ymin=-10
ymax=20
ylabel=-10.6
ef_v=7.3089 #pls use E-fermi in the self consistent calculation
gnuplot << EOF
set term post landscape enhanced color dashed defaultplex "Helvetica" 14
set output 'band.ps'
set key outside
set title "Pt Band Structure (VASP)"
set ylabel "Energy (eV)"
set noxtics
set xrange [0:$x5]
set yrange [$ymin : $ymax]
set label "{/Symbol G}" at 0, $ylabel
set label "{/Symbol D}" at 0.5*$x1, $ylabel
set label "X" at $x1, $ylabel
set label "Z" at 0.5*($x1+$x2), $ylabel
set label "W" at $x2, $ylabel
set label "Q" at 0.5*($x2+$x3), $ylabel
set label "L" at $x3, $ylabel
set label "{/Symbol L}" at 0.5*($x3+$x4), $ylabel
set label "{/Symbol G}" at $x4, $ylabel
set label "{/Symbol S}" at $x4+0.4*($x5-$x4), $ylabel
set label "{/Symbol K}" at $x4+($x5-$x4)/2**0.5, $ylabel
set label "X" at $x5, $ylabel
set label "E_f" at -5.0, 0
set arrow from 0, 0 to $x5, 0 nohead
set arrow from $x1, $ymin to $x1, $ymax nohead
set arrow from $x2, $ymin to $x2, $ymax nohead
set arrow from $x3, $ymin to $x3, $ymax nohead
set arrow from $x4, $ymin to $x4, $ymax nohead
set arrow from $x4+1+($x5-$x4)/2**0.5,$ymin to $x4+1+($x5-$x4)/2**0.5, $ymax nohead
plot \
"band.dat" u 1:(\$2-$ef_v) w lines lt 1 t "", "band.dat" u 1:(\$3-$ef_v) w lines lt 1 t "",\
"band.dat" u 1:(\$4-$ef_v) w lines lt 1 t "", "band.dat" u 1:(\$5-$ef_v) w lines lt 1 t "",\
"band.dat" u 1:(\$6-$ef_v) w lines lt 1 t "", "band.dat" u 1:(\$7-$ef_v) w lines lt 1 t "",\
"band.dat" u 1:(\$8-$ef_v) w lines lt 1 t "", "band.dat" u 1:(\$9-$ef_v) w lines lt 1 t ""
EOF
最终得到的Pt的能带图如下
