VASP optcell约束晶胞优化
用正交石墨烯超胞，演示只放松面内晶胞、保持真空方向不变。
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二维结构优化既要处理原子位置，也要决定哪些晶胞自由度允许变化。本例使用optcell补丁，让石墨烯的面内尺寸放松，同时固定z方向20 Å真空。
1. 区分两类约束#
POSCAR的Selective dynamics控制原子坐标；optcell的IOPTCELL控制晶胞形变。两者不是同一个开关。
本例先把石墨烯变换为4个C的正交矩形晶胞，再将x、y尺寸同时放大3%，作为需要优化的起点。z保持20 Å。选择正交胞，是为了清楚展示笛卡尔方向掩码的作用。
2. 使用optcell分支和面内掩码#
提交脚本加载vasp/6.6.1-p100-optcell。INCAR关键部分为：
IBRION = 2
NSW = 100
ISIF = 3
EDIFFG = -0.02
IOPTCELL = 1 0 0 0 1 0 0 0 0
本例掩码只保留x、y对角形变分量，其余分量为0；原子位置也允许优化。普通VASP分支不会自动拥有这个补丁功能，不能只把IOPTCELL写进任意提交脚本。
补丁实际约束的是FCELL形变驱动力矩阵。对斜晶胞、旋转晶胞或剪切任务，不应把九个数简单理解成三个基矢的独立开关；先在自己的坐标约定下核对允许变化的方向。
3. 检查优化结果与全过程#
本次面内k网格为11×7×1。计算结束后检查电子收敛、自由原子力及每一步晶胞；不能只看到CONTCAR生成就认为约束正确。
| 方向 | 初始长度 / Å | 最终长度 / Å |
|---|---|---|
| x方向 | 2.544100 | 2.467704 |
| y方向 | 4.406510 | 4.271428 |
| z真空方向 | 20.000000 | 20.000000 |
本次所有输出步中，z基矢最大变化为0.00e+00 Å，禁用的非对角分量也保持不变。x、y变化说明这不是单纯的原子位置优化。
4. 换成自己的体系#
先确定应固定的是基底面内晶格、真空方向还是其他分量，再选合适晶胞和掩码。吸附在固定基底上的模型常需要固定整个晶胞、只优化自由原子，此时可以直接使用ISIF=2，不必强行做面内晶胞优化。
晶胞优化还需要关注截断能和Pulay应力。0.02 eV/Å是本次自由原子力目标，不能替代对晶胞、应力和k网格的检查。原生自由度定义见VASP ISIF说明。
环境与下载#
本页为鸢算科技集群实算参考。VASP 6.6.1、PBE PAW64、ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6；优化自由原子力目标0.02 eV/Å。普通GPU版、optcell和VASPsol是不同模块，下载包run.sh按任务加载对应P100分支。构建使用NVHPC 25.3、CUDA 12.8和MKL 2023.2，MPI使用对应构建配套版本。
准备有权使用、与POSCAR元素顺序匹配的POTCAR，在所选目录执行sbatch run.sh。不要只复制INCAR而遗漏对应软件分支。结果JSON、图片和输入均供本次流程复现，不代表其他体系的通用收敛设置。