vasptool应变、带边与形变势实操

下载本篇完整输入、实际输出和绘图脚本。解压后执行 bash run.sh，可先从实际输出重建结果和四张图，不会启动VASP。

1 这个流程能做什么#

先对同一个Si参考结构施加三个小应变，分别运行VASP，再提取价带顶VBM、导带底CBM和带隙，观察它们随应变的变化。形变势中的导数必须写清应变方向与能量参考；本例先教会完整操作，不把未经能量对齐的带边斜率当作绝对形变势。

流程是：准备参考结构 → 生成应变结构 → 各点静态计算 → 提取本征值 → 画曲线并判断能否线性拟合。本例使用VASP6.6.1、oneAPI2024.2，实际4个MPI进程；vasptool为本地集成1.5.2。使用者须具备相应VASP和赝势使用权限。

2 准备Si原胞和静态输入#

在新解压目录操作：

module load vasptool/1.5.2
vasptool --version
vasptool --show-config
cat inputs/deformation-si/POSCAR
cat inputs/deformation-si/INCAR

实际POSCAR如下，长度单位为Å：

Si
 1.0000000000000000
     0.0000000000000000    2.7149999999999999    2.7149999999999999
     2.7149999999999999    0.0000000000000000    2.7149999999999999
     2.7149999999999999    2.7149999999999999    0.0000000000000000
 Si 
   2
Direct
  0.0000000000000000  0.0000000000000000 -0.0000000000000000
  0.2500000000000000  0.2500000000000000  0.2500000000000000

INCAR如下：

SYSTEM = deformation-si
ENCUT = 500
EDIFF = 1E-6
PREC = Accurate
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.05
ISPIN = 1
NSW = 0
IBRION = -1
LREAL = .FALSE.
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.

EDIFF=1E-6控制电子收敛。这里研究固定结构的应变响应，NSW=0不优化原子；如果想算内部弛豫后的响应，需要在每个应变下固定晶胞优化原子，再做一致的静态计算。ENCUT=500和下面的网格只是本例设置，换材料后需要检查收敛。

KPOINTS为：

Gamma mesh
0
Gamma
5 5 5
0 0 0

3 用vasptool生成三档应变#

单轴x应变的 INPUT.in 为：

1
3D
3
-0.01 0.00 0.01
1 0 0 0 0 0

第一行1表示准备结构；3表示三个应变点；最后一行指定仅沿笛卡尔x方向施加正应变。正负0.01分别为拉伸、压缩1%。三维非正交晶胞也应按实际笛卡尔应变矩阵检查，不能只凭晶格矢量长度判断。

完整包可一次准备两个Si系列及后文GaN系列：

python3 prepare_native.py
ls prepared/deformation-si
ls prepared/deformation-si-hydrostatic

这个脚本调用的实际原生入口是：

vasptool --feature deformation-potential

它在含POSCAR、INCAR、KPOINTS、POTCAR和INPUT.in的目录执行；包内会从集群本地许可目录读取所需POTCAR，下载文件本身不包含赝势。先检查有效配置中的 AUTO_SUBMIT_JOB = .FALSE.。生成的三个目录是：

strain_-0.010
strain_0.000
strain_+0.010

各向同应变系列将INPUT.in最后一行换成 1 1 1 0 0 0。这代表每个笛卡尔轴都施加ε，体积变化约为3ε，不能把“每轴1%”写成“体积1%”。

4 提交计算并提取结果#

检查当前账户可用队列、模块和模板后提交：

cat submit-cpu.slurm
sbatch submit-cpu.slurm
squeue -u "$USER"

模板按集群CPU整节点规则申请56进程，顺序计算四组系列，其中GaN内部弛豫系列包含优化和最终静态两步。参考实算使用4MPI；进程数不同可能改变末位数值。队列不可用时应等待或使用与账户资源匹配的正式模板，不在登录节点自行启动生产模拟。

全部结束后：

bash analyze_results.sh
cat prepared/deformation-si/band-edges-independent.csv
cat prepared/deformation-si-hydrostatic/band-edges-independent.csv

本机915后处理在这组EIGENVAL上不能给出有效带边，因此附件直接读取原始EIGENVAL，并与vasprun.xml交叉检查本征值和占据数。不要把星号或非有限数值当作结果。默认 bash run.sh 已包含真实输出，可先跳过新计算学习提取过程。

5 实际结果与怎样读图#

这里是固定5×5×5网格采样得到的PBE带隙，不是实验带隙，也不能用这三个点证明带隙已收敛。单轴结果在±1%内明显非线性，最大线性残差约53.68meV；这时应减小应变、增加点数并追踪带边，而不是只报告一条斜率。

各向同应变的带隙斜率为 5.32125eV/每轴单位应变，最大残差约1.112meV。换成每1%应变，斜率对应约0.05321eV；它是本例这条路径下的带隙导数。

单独VBM和CBM在不同体相计算间使用的是VASP内部能量参考。本包未做真空、芯能级或其他公共参照对齐，因此这些曲线适合检查流程，不能直接解释为收敛的绝对带边形变势。要研究二维体系相对真空的形变势，还需在一致真空层、偶极处理及静电势对齐下重新计算；能带极值和简并态也应单独跟踪。

6 最后得到哪些文件#

band-edges-independent.csv包含应变、VBM、CBM和带隙；SI-VALIDATION.json及SI-HYDRO-VALIDATION.json保存实际k点、占据、本征值对照和拟合信息；figures/si-gap-paths.png与si-band-edges.png可用于查看结果。绘图程序可在修改应变网格后继续使用，但三点示例不能替代参数收敛。