VASP 极化、介电与压电入门
用ZnS把Berry相位极化变化、Born电荷及电子/离子响应联系起来。
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极化、电荷和介电常数是相关但不同的量。本例固定闪锌矿ZnS晶胞a=5.45 Å、7³ Gamma k网格，展示绝缘体的小扰动响应；晶胞不随外场重新优化。
1. 先做极化变化#
- 准备参考结构，确认计算得到绝缘态。
- 设置LCALCPOL=.TRUE.，读取电子与离子偶极分量。
- 把S原子沿z分别移动−0.02、−0.01、0、0.01、0.02 Å，其余条件保持一致。
- 对每个结构静态计算，沿连续分支比较总偶极变化，再除以晶胞体积得到极化变化。
- 检查极化量子的分支跳跃。不能把两个不同分支的绝对数值直接相减。
本例δz=+0.02 Å时，ΔPz=−0.016204 C/m²。由正负位移斜率得到S的Born有效电荷约−2.0467 e。它是极化对位移的响应，不是Bader电荷。
2. 再做DFPT响应#
本例使用VASP 6.6.1 CPU程序、oneAPI 2024.2，在Slurm分配的计算节点上执行：
LEPSILON = .TRUE.
IBRION = 8
NSW = 1
ISIF = 3
EDIFF = 1E-6
这里IBRION=8计算响应和力常数，不是普通结构优化。读OUTCAR时，分别保存电子介电、离子介电、Born电荷、电子压电与离子压电；不要把中间某个方向的累计输出当成最终对称化张量。
3. 实际结果#
| 量 | 本例ZnS结果 |
|---|---|
| 电子介电对角元 ε∞ | 6.132217 |
| 离子介电对角元 | 3.563547 |
| 静态总介电对角元 | 9.695764 |
| S / Zn 的Born对角元 | −2.06282 / +2.06282 e |
| 电子压电 e(x,yz) | −0.69510 C/m² |
| 离子压电 e(x,yz) | +0.71864 C/m² |
| 两项合计 e(x,yz) | +0.02354 C/m² |
Born电荷和为零；位移极化斜率与DFPT值相差约0.8%，可作为两条计算路线的对照。压电总量是两项较大数值抵消后的结果，对数值误差敏感，不能过度解读最后几位。
4. LO–TO分裂与其他响应#
本例Γ点横光学频率约259.59 cm⁻¹。对这种立方、单组红外活性光学模式，可利用Lyddane–Sachs–Teller关系ωLO/ωTO=√(ε₀/ε∞)，由本次响应估计LO约326.42 cm⁻¹。这个值是由响应数据推导，不能冒充独立完整色散计算。
一般极性晶体应把Born电荷和电子介电张量作为非解析修正输入Phonopy，指定趋近Gamma的方向。e张量单位C/m²，d张量还需与相应弹性柔量组合，单位通常pC/N，不能直接改单位名。
ZnS这个例子没有铁电翻转双势阱；自发极化、翻转势垒、热释电和磁电耦合需要另外定义参考路径或温度/磁场扰动。金属不能直接使用普通绝缘体Berry相位极化方法。
参考：VASP电场响应说明。
环境与下载#
本页数据在鸢算科技集群实际计算。VASP 6.6.1、PBE PAW版本64、ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6；所用优化结构按自由原子力0.02 eV/Å准备。GPU程序采用NVHPC 25.3、CUDA 12.8、HPC-X 2.22.1和MKL 2023.2。方法专用参数以各目录INCAR为准。
解压后先看README。准备有权使用、与POSCAR元素顺序匹配的POTCAR，按目录run.sh提交Slurm作业；后处理结果须由自己的新计算重新提取。附件中的reference结果是本次参考值。公开包不含POTCAR、WAVECAR及原始私有日志。