VASP 四大輸入檔

POSCAR · INCAR · KPOINTS · POTCAR — 格式與各項意義

Co-Pt HEA slab · HER 氫吸附計算 · 專題參考

一句話分工：POSCAR 說「原子在哪」，INCAR 說「怎麼算」， KPOINTS 說「倒空間取樣多密」，POTCAR 說「每個元素的電子長怎樣（贗勢）」。 四個湊齊才能開跑。

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POSCAR — 結構檔原子在哪

描述晶胞與每顆原子座標。以 top_Co_001/POSCAR 為例：

Co Pt + H (top_Co_001)          第1行 註解／系統名（VASP 不讀內容）
1.0                             第2行 整體縮放因子（1.0 = 下面單位就是 Å）
  10.711831   0.000000   0.000000    第3行 晶格向量 a1
  -5.353996   9.288957   0.000000    第4行 晶格向量 a2（a1,a2 有夾角 = 六方）
   0.000000   0.000000  26.166769    第5行 晶格向量 a3（沿 z = 表面法線+真空）
  Co  Pt  H                     第6行 元素種類（順序 = POTCAR 串接順序）
  48  48   1                    第7行 各元素幾顆（48 Co, 48 Pt, 1 H = 97）
Selective dynamics              第8行 開啟選擇性動力學（下面多 T/F 旗標）
Direct                          第9行 座標型態（Direct=分數 / Cartesian=Å）
  0.32195  0.66083  0.53991  T T T   第10行起 每顆原子座標 + 可否移動
  0.08387  0.91484  0.28662  F F F
  ...
  0.49552  0.73870  0.76867  T T T   最後一行 = H

POSCAR — 三個關鍵觀念必懂

① 順序即身份

座標行沒有元素標籤，VASP 純靠位置分派：第 1–48 行是 Co、49–96 行是 Pt、97 行是 H。 因為它們排在「48 Co 之後、48 Pt 之內…」。順序亂 = 元素認錯 = 結果全錯。

第 6/7 行順序必須和 POTCAR 串接順序一致（Co→Pt→H），否則把 Pt 當 Co 算。

② Direct（分數座標）vs Cartesian（Å）

第9行只有這兩種。VASP 只看第一個字母：C/c/K/k=Cartesian，其他=Direct。 用 Direct 的好處：換晶胞大小時座標不用重算。改字也要連下面座標一起換，否則原子擠成一團爆掉。

③ Selective Dynamics 的 T/F

三個值 = 能否沿 x / y / z 移動。T T T=可動（頂層+H）、F F F=固定（底 3 層）。 固定底層模擬「下接無限塊材」，防止整片 slab 亂飄 = 防不收斂關鍵。

POSCAR — H 怎麼放到位點上幾何

96 個位點檔，前 96 顆金屬完全相同，唯一差別是最後一行 H 的座標。三種位點：

位點H 的 (x,y) 放在起始高度
top1 顆表面原子正上方+1.55 Å
bridge2 顆相鄰原子中點上方+1.35 Å
hollow3 顆原子三角形中心上方+1.10 Å

高度換成分數座標：Δz = 1.55 / 26.17 ≈ 0.059（除以 c 軸長，因 c 沿 z）。 1.55 = 金屬–氫鍵長合理起點（Pt–H/Co–H ≈ 1.5–1.8 Å）。H 越多鄰居陷越低。

這只是起始猜測。真正最低點由 VASP 弛豫算出，所以 H 標 T T T 可動。

INCAR — 計算設定檔怎麼算

告訴 VASP 用什麼精度、怎麼收斂、放鬆結構。slab 版全文：

PREC   = Accurate     精度等級（算力/弛豫用 Accurate）
ENCUT  = 450          平面波截斷能量(eV)；一批計算要用同一值
ALGO   = Fast         電子求解演算法；不收斂改 Normal
EDIFF  = 1E-5         電子步(SCF)收斂門檻
ISMEAR = 1            金屬用 Methfessel-Paxton 抹平
SIGMA  = 0.1          抹平寬度(eV)
ISPIN  = 2            開自旋（Co 有磁性，必開！）
LREAL  = Auto         大晶胞用實空間投影加速
IBRION = 2            共軛梯度移動原子找最低能
NSW    = 300          最多離子步（給足避免被截斷）
EDIFFG = -0.02        收斂判準：每原子受力 < 0.02 eV/Å
ISIF   = 2            只放鬆原子、固定晶胞（slab 標準）
IVDW   = 11           DFT-D3 凡得瓦修正
LWAVE  = .FALSE.      不輸出 WAVECAR
LCHARG = .FALSE.      不輸出 CHGCAR
NCORE  = 4            幾核算一條軌域（依節點調）

INCAR — 電子結構參數逐項

參數值意義
PRECAccurate用較密 FFT 格點，避免力的數值誤差
ENCUT450基組大小；越大越準越慢。要比較的計算必須同值
ALGOFastDavidson+RMM-DIIS 混合；SCF 震盪改 Normal 較穩
EDIFF1E-5一次 SCF 內能量差 < 10⁻⁵ eV 就停
ISMEAR1費米面電子占據抹平法。金屬必用 1，絕緣體才 -5/0
SIGMA0.1抹平寬度。算完檢查 entropy T*S/原子 < 1 meV
ISPIN2開自旋極化。Co 有磁性必開，否則能量錯、常不收斂
LREALAuto實空間投影（大晶胞快）；小分子改 .FALSE.

INCAR — 弛豫 / vdW / 效能逐項

參數值意義
IBRION2共軛梯度移動原子；起點離平衡遠時最穩
NSW300最多離子步。=0 則不動原子只算單點能
EDIFFG-0.02負值=看力：每原子受力 < 0.02 eV/Å 才算完
ISIF2放鬆原子、固定晶胞形狀體積（表面不改晶胞）
IVDW11DFT-D3(Grimme) 色散修正；H 吸附需要，幾乎不加成本
LWAVE.FALSE.不輸出波函數 WAVECAR（很大）
LCHARG.FALSE.不輸出電荷密度 CHGCAR；畫 DOS 才開
NCORE4幾核處理一條軌域；影響速度不影響結果

INCAR — 「不收斂」三大坑重點

教授說之前沒收斂，這套模板針對這三點調過：

① 沒開自旋：Co 是磁性元素，ISPIN=1 強迫無磁性 = 能量錯、常卡住。必用 ISPIN=2。
② smearing 設錯：金屬用絕緣體的 ISMEAR=0/-5 會讓能量抖動。金屬必用 ISMEAR=1, SIGMA=0.1。
③ NSW 太小被截斷：離子步不夠，結構還沒鬆弛完就停 = 假的「沒收斂」。給足 NSW=300。

H₂ 分子那份 INCAR 差異

ISMEAR=0（孤立分子用高斯）、LREAL=.FALSE.（小體系倒空間才準）、無 IVDW、EDIFF=1E-6（½E(H₂) 是基準要更準）。

KPOINTS — 倒空間取樣多密

決定在倒空間（布里淵區）取幾個 k 點算積分。取越密越準越慢。slab 版：

Automatic mesh      第1行 註解
0                   第2行 0 = 自動產生網格
Gamma               第3行 網格型態（Gamma-centered）
3 3 1               第4行 三方向 k 點數
0 0 0               第5行 網格偏移
行意義
0寫 0 = 讓 VASP 依下面規格自動鋪 k 網格
Gamma網格含 Γ 點；六方晶胞建議 Gamma-centered（比 Monkhorst 準）
3 3 1a,b 方向各 3 點；c 方向 1 點（表面法向+真空不用取樣）
H₂ 分子版用 1 1 1（只 Γ 點）——孤立分子沒有週期性，一個點就夠。

POTCAR — 贗勢檔電子長怎樣

每個元素的 贗勢（pseudopotential）：把內層電子凍成有效勢，只顯式算價電子，省算力。

重點特性

串接順序錯 = VASP 把某元素的電子結構套到另一元素上 = 結果無意義。三種組合：slab+H(Co Pt H)、clean_slab(Co Pt)、H₂(H)。

四檔合體 + 產出全貌

輸入（你準備）

  • POSCAR 結構 + H 位置
  • INCAR 計算設定
  • KPOINTS k 網格
  • POTCAR 贗勢（教授給）

輸出（VASP 產）

  • OUTCAR 主輸出（能量、力、每步）
  • CONTCAR 弛豫後的最終結構
  • OSZICAR 每步收斂摘要
  • WAVECAR/CHGCAR 已關閉不產

ΔG_H* 從哪來

ΔG_H* ≈ [E(slab+H) − E(slab) − ½E(H₂)] + 0.24 eV

E 取各 OUTCAR 最終能量。目標 ΔG_H* ≈ 0（不是最負）——太強 H 放不掉、太弱 H 不上來，接近 0 最利 HER。

一頁速查總結

檔管什麼最該記住
POSCAR原子座標順序即身份；第6/7行定元素數量；Direct=分數
INCAR計算設定ISPIN=2、ISMEAR=1、NSW=300 = 防不收斂三寶
KPOINTSk 網格slab 用 3 3 1（c 方向 1）；分子用 1 1 1
POTCAR贗勢不能生成；串接順序=POSCAR 元素順序
改高度改 H_HEIGHT、改固定層改 --nfix、改 k 密度改 KPOINTS 第4行。 四檔齊 → sbatch → OUTCAR → 算 ΔG_H*。

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