VASP介绍及其在对新型合金的研究的运用

一、简要介绍

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。

上面涉及很多固体物理的知识，非常不直观，且难以理解。但是没有关系，用一句换总结VASP的功能就是，计算材料内部的电子结构，并计算以此为基础的各种材料物性。

二、软件功能

VASP的功能多，经常被使用的有以下一些内容。

· 采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体

· 计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型

· 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数)

· 计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)

· 计算材料的光学性质

· 计算材料的磁学性质

· 计算材料的晶格动力学性质(声子谱等)

· 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)

· 从头分子动力学模拟

· 计算材料的激发态(GW准粒子修正)

二、实例介绍

高熵合金是目前金属方向的一个较热的研究热点。发表于《Journal of Alloys and Compounds》的“An ab initio and experimental studies of the structure, mechanical parameters and state density on the refractory high-entropy alloy systems”使用vasp对难熔金属高熵合金进行了研究。

首先作者根据实验的结果建立了SQS面心立方模型，使用VASP对其晶体参数进行了计算。计算所得的晶格常数与实验值一致性较好。

之后，为了对合成的合金的热力学稳定性进行估计，作者又计算了其结合能和生成焓。结果可见，该金属体系的生成焓为负值，说明其有较好的热力学稳定性。

对于金属体系，力学性能是一个非常重要的性质，而使用VASP可以直接计算杨氏模量，切变模量，体积模量等一系列的力学参数。接下来作者对该系列合金的力学参数进行了计算并进行了讨论。接下来通过对密度态的计算，作者对该合金体系中各个元素的电子结构和结合状态进行了讨论。

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