VASP单轴、固定体积与固定形状优化

下载全部输入、实算数据和短命令脚本（ZIP）。单轴、固定体积和固定形状是三个不同目标。本例都从八原子Si立方晶胞出发，通过小应变建立初始结构。

1 只允许x方向调整#

初始x拉伸4%，y、z保持5.43 Å。补丁与原生输入分别为：

# optcell分支
IBRION = 2
NSW = 100
ISIF = 3
EDIFF = 1E-6
EDIFFG = -0.02
IOPTCELL = 1 0 0 0 0 0 0 0 0

# VASP 6.6.1原生分支
IBRION = 2
NSW = 100
ISIF = 3
EDIFF = 1E-6
EDIFFG = -0.02
LATTICE_CONSTRAINTS = .TRUE. .FALSE. .FALSE.

完整输入和Γ中心4×4×4网格可直接查看：

cat inputs/Si-x-opt/POSCAR
cat inputs/Si-x-opt/INCAR
cat inputs/Si-x-opt/KPOINTS

两者均用三步完成，x从5.647200降至5.503121 Å，y、z全过程不变。理想Si对称位置的原子力本来就很小，图中约10⁻⁶ eV/Å；能量与x长度仍有明显变化，说明这不是仅看原子力就能判断的晶胞优化。

最终y、z仍有约1.17 GPa压应力，因为这两个方向受到约束。受约束方向残余应力不应被误读为所有方向都已无应力。

2 固定体积，改变形状#

初始把x乘1.04、y除1.04，总体积不变。使用 ISIF=4：

IBRION = 2
ISIF = 4
NSW = 100
EDIFF = 1E-6
EDIFFG = -0.02

补丁对照额外写九个1：

IOPTCELL = 1 1 1 1 1 1 1 1 1

全1不再额外屏蔽形变驱动力，因此体积约束来自 ISIF=4 本身。不要把它说成另一种独立固定体积算法。

3 固定形状，只改变体积#

把Si初始三个晶轴都放大3.5%，用 ISIF=7。这个分支不优化原子相对分数坐标，适用于本例理想Si；如果自己的原子也要调整，不能忽略这一区别。

IBRION = 2
ISIF = 7
NSW = 100
EDIFF = 1E-6
EDIFFG = -0.02

cat inputs/Si-shape-native/INCAR
cat inputs/Si-volume-native/INCAR

固定体积两组都保持160.103007 ų，形状逐步调整；固定形状两组则由177.509066降至163.626110 ų，归一化晶胞形状保持不变。相应补丁全1对照与原生结果一致。

4 运行和提取#

整套算例首次提交：

bash prepare.sh
bash calculate.sh
bash status.sh

全部完成后：

bash verify.sh
cat work/Si-x-opt/CONTCAR
cat work/Si-shape-native/CONTCAR
cat work/Si-volume-native/CONTCAR

用 work/analysis/optcell-trajectories.csv 检查全过程，不只比较最后体积。固定体积要看det(A)，固定形状要看去掉整体尺度后的矩阵，单轴则看被固定的晶格分量。

本例用550 eV截断、4×4×4 k网格做操作演示；没有进行完整截断/网格收敛，也没有通过多体积能量拟合得到状态方程。各ISIF原子、形状、体积自由度见官方说明。