VASP缺陷复合与结合能

两个缺陷相邻时是否更稳定，可以先比较复合缺陷与两个独立单缺陷的形成能。本例在同一个16位点Si超胞中删除两个最近邻原子，计算中性双空位的结合能。

1. 准备三种能量#

需要完整16Si、单空位15Si和双空位14Si三类计算。完整晶体与单空位沿用中性空位教程，双空位另做实际结构优化。

初始删去的两个理想位点距离2.368114 Å。对保留原子施加小扰动，避免初始对称性锁定；固定与完整超胞相同的晶胞，只放松原子位置。优化后按最近理想位点匹配，仍对应同一对缺失位点。

2. 保持相同计算设置#

VASP 6.6.1 P100版，PBE PAW64 Si、550 eV、4×4×4 k网格、EDIFF=1E-6。使用ISPIN=2、ISYM=0，初始每个Si磁矩0.5；ISIF=2、IBRION=2、EDIFFG=−0.02。最终结构是否有磁性应看收敛结果，初始MAGMOM不是约束磁矩。

构建采用NVHPC 25.3、CUDA 12.8、MKL 2023.2及配套MPI。本次双空位最大原子力0.013758 eV/Å，满足所用原子优化目标。没有进行晶胞体积优化。

3. 先算形成能，再算结合能#

μSi=Ebulk/16：

Ef(V)  = Evac  − Ebulk + μSi
Ef(V2) = Epair − Ebulk + 2μSi
Ebind  = 2Ef(V) − Ef(V2)
       = 2Evac − Epair − Ebulk

这一定义下，正的Ebind表示合并为复合缺陷更有利。最后一式两边对应相同总原子数；不要漏掉Ebulk，也不要把一个单空位的总能量直接与双空位总能量相减。

4. 怎样理解这个正结合能#

在本套固定晶胞、所取中性构型和电子方法下，相邻双空位比两个单空位参照的形成能之和低1.453328 eV。它说明这个小周期模型中的复合趋势，不代表缺陷一定会在实验时间内聚集。

聚集还受迁移势垒、温度、缺陷浓度和其他陷阱影响。结合能不是迁移势垒，也不能直接换算成反应速率。

5. 小超胞与带电缺陷的区别#

双空位对应原16个位点的12.5%，周期镜像可能明显。定量研究需要扩大超胞，并比较更多相对位置、局部重构及自旋态；本例只展示一个已优化的相邻构型，不宣称穷尽所有双空位结构。

带电缺陷复合还需要保证反应电荷守恒，并一致处理费米能、电势对齐及有限尺寸电荷修正；不能将中性公式中的总能量随意替换成不同电荷态。

输入和结果#

下载输入、结果与提取脚本（ZIP）

附件给出三类模型输入与extract_defect_binding.py。按POSCAR准备合法Si POTCAR，分别提交run.sh，检查自由原子力后再提取能量和结合能。