VASP的TDDFT与Casida光学响应

已经会做独立粒子光学计算后，可以进一步学习如何加入响应核。本例用Si原胞演示基态→空带→Casida响应→介电谱的流程，使用PBE的局域交换关联核与Hartree项，没有开启电子空穴ladder项。

1. 先完成基态计算#

准备两原子Si原胞，PBE PAW64，ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6、3×3×3 Gamma网格，固定几何。附件si-manybody-scf目录使用LWAVE=.TRUE.保存自己的WAVECAR。

sbatch run.sh

等该任务完成，再在下载包根目录运行python prepare_response.py，选1，将自己的基态WAVECAR复制到si-manybody-exact目录。

2. 补充空带和光学矩阵元#

si-manybody-exact使用ALGO=Exact、NELM=1、NBANDS=64、LOPTICS=.TRUE.，读取上一步波函数并对角化，得到WAVECAR和WAVEDER。这里NELM=1是固定已收敛基态的空带步骤，不是只做一轮SCF就接受未收敛基态。

任务完成后再次运行prepare_response.py，选2，复制这两个文件到Casida和时间传播目录。更换结构、k点、PAW或NBANDS后，应重新生成相应文件，不能混用其他任务的波函数或矩阵元。

3. 提交Casida响应任务#

进入si-pbe-casida，准备同一套POTCAR后sbatch run.sh。关键设置：

ALGO = TDHF
NBANDS = 64
NBANDSO = 4
NBANDSV = 8
LHARTREE = .TRUE.
LFXC = .TRUE.
LADDER = .FALSE.
ANTIRES = 2
IBSE = 2
CSHIFT = 0.1
OMEGAMAX = 15

ALGO标签虽然叫TDHF，本次具体核设置对应TDDFT的PBE局域核近似，不是100%精确交换的TDHF。NBANDS是文件中的总带数，NBANDSO/NBANDSV是纳入响应的占据/空带数，本例使用第1–4与第5–12条带；ANTIRES=2包含反共振部分。VASP的TDDFT计算说明

4. 提取介电函数和跃迁信息#

module load ase/3.29.0
python extract_tddft.py

脚本读取Casida与时间传播两个目录的vasprun.xml、OUTCAR，生成结果JSON。只想先看单个结果，也可直接读取XML中的dielectricfunction；光学跃迁写在opticaltransitions数组。

当前小网格中，最低列出的跃迁能为2.5182 eV；按输出强度大于0.001筛选的第一个亮跃迁为2.5213 eV。1–10 eV范围内ε₂,xx最大值位于2.700 eV，峰值187.1847。这些数值属于当前有限k点、有限跃迁空间，不作为Si实验吸收峰预测。

最低跃迁、首个亮跃迁和展宽后的最大谱峰是不同概念。也不能用这几个数直接宣布得到激子结合能；本次局域核没有完整长程电子空穴吸引描述。

5. 换成自己的材料#

先收敛基态，再逐项增加k点与响应空带数，检查谱峰和强度。CSHIFT控制数值展宽，不能当作计算得到的材料寿命。响应截断本例ENCUTGW=150 eV，也应做相应检查；不能只因图形平滑就认为谱已收敛。

本次响应使用VASP6.6.1 CPU构建，oneAPI2024.2，4个MPI进程，通过Slurm在兼容宿主CPU上运行，不宣称TDDFT GPU加速。前置基态/空带使用对应P100构建，流程中各步模块已写入run.sh。

下载输入、结果与提取脚本（ZIP）