如何用VASP计算单个原子的能量和能级

PREC=ACCURATE

NELMDL = 5 make five delays till charge mixing ISMEAR = 0; SIGMA=0.05 use smearing method

采用如下的KPOINTS文件。由于增加K点的数目只能改进描述原子间的相互作用，而在单原子计算中并不需要。所以我们只需要一个K点。

Monkhorst Pack 0

Monkhorst Pack 1 1 1 0 0 0

采用如下的POSCAR文件

atom 1

15.00000 .00000 .00000 .00000 15.00000 .00000 .00000 .00000 15.00000 1 cart 0 0 0

采用标准的H的POTCAR

得到结果如下：

k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000 band No. band energies occupation 1 -6.3145 1.00000 2 -0.0527 0.00000 3 0.4829 0.00000 4 0.4829 0.00000

我们可以看到，电子的能级不为-13.6eV。

Free energy of the ion-electron system (eV) ---------------------------------------------------

alpha Z PSCENC = 0.00060791

Ewald energy TEWEN = -1.36188267 -1/2 Hartree DENC = -6.27429270 -V(xc)+E(xc) XCENC = 1.90099128

PAW double counting = 0.00000000 0.00000000 entropy T*S EENTRO = -0.02820948 eigenvalues EBANDS = -6.31447362 atomic energy EATOM = 12.04670449 --------------------------------------------------- free energy TOTEN = -0.030578 eV

energy without entropy = -0.00234530 energy(sigma->0) = -0.015004

我们可以看到TOTEN-EATOM也不等于-13.6eV。

在上面的计算中有个问题，就是H原子有spin,而在上面的计算中我们并没有考虑到spin。 所以如果我们改用LSDA近似，在INCAR中用ISPIN=2的tag，则得到如下结果：

k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000 band No. band energies occupation 1 -7.2736 1.00000 2 -0.1229 0.00000 3 0.4562 0.00000 4 0.4562 0.00000 5 0.4562 0.00000

spin component 2

k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000 band No. band energies occupation 1 -2.4140 0.00000 2 -0.0701 0.00000 3 0.5179 0.00000 4 0.5179 0.00000 5 0.5179 0.00000

Free energy of the ion-electron system (eV) --------------------------------------------------- alpha Z PSCENC = 0.00060791

Ewald energy TEWEN = -1.36188267 -1/2 Hartree DENC = -6.68322940 -V(xc)+E(xc) XCENC = 2.386130

PAW double counting = 0.00000000 0.00000000

entropy T*S EENTRO = 0.00000000 eigenvalues EBANDS = -7.27361676 atomic energy EATOM = 12.04670449 --------------------------------------------------- free energy TOTEN = -0.88526212 eV

energy without entropy = -0.88526212 energy(sigma->0) = -0.88526212

氢原子的能量约等于-12.92eV。可以看到在LDA中如果自旋，使能级大概提高了0.88eV。

如果我们采用GGA的赝势，并且同样打开自旋(ISPIN=2)，在此例子中，得到的结果将更加精确

Free energy of the ion-electron system (eV) --------------------------------------------------- alpha Z PSCENC = 0.00621465

Ewald energy TEWEN = -1.38027565 -1/2 Hartree DENC = -6.91107031 -V(xc)+E(xc) XCENC = 2.32601856

PAW double counting = 0.702870 -0.71256934 entropy T*S EENTRO = 0.00434843 eigenvalues EBANDS = -7.71257941 atomic energy EATOM = 12.52153358 --------------------------------------------------- free energy TOTEN = -1.15551480 eV

energy without entropy = -1.15986323 energy(sigma->0) = -1.156928

用GGA算得的氢原子的能量约等于-13.67eV。

但是如何理解所得到的能级，由于用到了赝势，本人并不很清楚如何解释能级意义，欢迎大家指教。