Les fichiers d'entrée/sortie

Vue d'ensemble

VASP nécessite plusiers fichiers d'entrée avec un nom et un format imposés. Ils doivent se trouver dans le dossier d'exécution du code. Plusieurs fichiers de sortie sont créés durant l'exécution du code et se trouvent également dans le dossier d'exécution. Certains fichiers ne sont présents que dans certaines conditions. Voici une schéma général des entrées/sorties avec les principaux fichiers de sortie :

Il est recommandé de créer un dossier pour chaque nouveau calcul, sauf si l'on souhaite écraser les données présentes dans le dossier.

Les fichiers d'entrée

• INCAR : Type de calcul et paramètres du calcul
• POSCAR : Positions initiales des atomes
• KPOINTS : Grille de points k utilisée
• POTCAR : Contient les pseudo-potentiels utilisés

Attention : le nom des fichiers est imposé.

Fichiers de sortie

Parmi les principaux fichiers de sortie, on notera :

• OUTCAR : Listing du calcul, informations générales ...
• OSZICAR : Itérations électroniques et ioniques, utile pour suivre la convergence du calcul.
• WAVECAR : fichier binaire contenant la fonciton d'onde finale.
• CHGCAR : densité électronique finale discrétisée sur une grille.
• CONTCAR : structure finale
• DOSCAR : Densité d'états
• EIGENVAL : Valeurs propres de l'hamiltonien pour chaque bande et pour chaque point k.
• vasprun.xml : Ce fichier contient toutes les informations précédentes, sauf la densité électronique et la fonction d'onde, mais au format xml. Il est utilisé par certains outils de post-traitement, le langage xml rendant sa lecture plus facile que celle du fichier OUTCAR.

Le fichier INCAR

Le fichier INCAR contient les paramètres du calcul et définit donc le type de simulation. Les paramètres sont donnés dans une syntaxe de type clef = valeur. La quasi totalité des mots clefs disponnibles sont présents sur le wiki des mots clefs.

Dans les exemples suivants :

• la première ligne est une ligne de titre
• les mots clefs sont regroupés lorsqu'ils agissent sur la même partie du calcul
• les lignes sans signe égal sont traitées comme des commentaires et sont facultatives

Simple calcul d'énergie

Dans ce calcul, la structure n'est pas relaxée. Seule la densité électronique est relaxée.

Electronic 
  PREC = Accurate
  EDIFF = 1e-6
  NELMIN = 4
  ENCUT = 400
  LORBIT = 11

Ionic relaxation 
  NSW = 0

smearing
  ISMEAR = -5

On notera des paramètres précisant la précision du calcul (ENCUT, PREC) ou le seuil de convergence (EDIFF).

Optimisation de la géométrie

Dans le jargon utilisé par VASP, les ions désignent généralement les noyaux des atomes. Ici ionic relaxation se réfère donc à la relaxation de la structure.

Ionic relaxation
Electronic 
  PREC = Accurate
  EDIFF = 1e-6
  NELMIN = 4
  ENCUT = 400
  LORBIT = 11

Ionic relaxation 
  NSW = 200 
  ISIF = 2 
  IBRION = 2 
  EDIFFG = -0.01 

smearing
  ISMEAR = 0
  SIGMA = 0.05

Les nouveaux paramètres indiquent le nombre d'itérations maximum pour l'optimisation de la structure (NSW), l'algorithme utilisé (IBRION), les paramètres structuraux optimisés (ISIF) et la précision attendue (EDIFFG).

Le fichier POSCAR

Le fichier POSCAR contient la structure initiale. Il contient le réseau de bravais et les positions atomiques.

Nous allons voir comment écrire le fichier POSCAR d'une structure antifluorine. Prennons le cas de $Li_2O$ dont la structure est représenté ci-dessous.

Le fichier POSCAR de cette structure dans sa maille représentative cubique faces centrées est :

Le fichier CONTCAR est écrit dans un format identique au fichier POSCAR.
Les fichiers POSCAR et CONTCAR peuvent également contenir les coordonnées des vecteurs vitesses de chaque atome à la suite des positions atomiques séparées par une ligne blanche.

Le fichier KPOINTS

Le fichier KPOINTS contient la grille de point k utilisée pour intégrer la première zone de Brillouin de l'espace réciproque. C'est la principale différence entre un code périodique comme VASP et un code moléculaire (en dehors de la base).

La grille de points k doit paver la première zone de Brillouin. La taille de la grille est un compromis entre précision et temps de calcul. Généralement on demande à VASP de créer la grille automatiquement, le fichier KPOINTS est alors le suivant, pour une grille centrée sur le point $\Gamma$ (origine du réseau réciproque) avec 6 points k suivant chaque direction (216 au total) :

grille automatique
0
Gamma
 6 6 6
 0 0 0

En réalité, VASP ne fait pas le calcul pour 216 points k. Il cherche ceux qui se trouvent dans la partie irréductible de la première zone de Brillouin et pondère ces points k par le nombre d'homologues qu'ils induisent dans la première zone de Brillouin.

Dans le fichier KPOINTS, on peut également indiquer des lignes de haute symétrie de l'espace réciproque pour tracer un diagramme de bandes.

Quelques recommandations générales :

• Système non périodique (molécule) : un seul point k, grille 1×1×1
• Le nombre de points k requis est lié aux paramètres de maille. Plus le paramètre de maille est petit plus il faut un grand nombre de points k.
• Pour le calcul d'une DOS il faut un grand nombre de points k.
• Pour une maille hexagonale centrer la grille en $\Gamma$.
• Voir le mot clef KPAR pour la parallélisation

Le fichier POTCAR

Le fichier POTCAR contient les pseudos potentiels utilisés pour chaque atome du calcul.

Les fichiers POTCAR sont fournis par VASP et disponnible dans une base de données. Pour un élément donné, plusieurs pseudo potentiels peuvent être disponnibles suivant la fonctionnelle de la densité utilisée pour le construire et le nombre d'électrons de cœur contenu dans le pseudopotentiel. Voici un aperçu d'un fichier POTCAR et la descrption de quelques éléments qu'il contient :

Si plusieurs atomes sont présents dans le système on concatène les fichiers POTCAR dans l'ordre d'apprition des atomes dans le fichier POSCAR.