原标题：Vaspkit做电荷密度差图

本文版权归作者刘锦程所有，原文链接如下：

http://blog.wangruixing.cn/2019/07/12/chgdiff/

(点击文末｢阅读原文｣直达原文阅读)

Vaspkit 可以方便的处理 VASP 输出的电荷密度文件(CHGCAR)，做电荷密度差分处理，VTST 脚本或者 VESTA 也可以做，但是不如 vaspkit 方便灵活。

(注：此文中讲述的功能同样适用于任何的实空间函数形式的文件处理，比如静电势差值图 (LOCPOT)，电子定域化函数差值图 (ELFCAR)，能带分解的电荷密度插值图 (PARCHG) 等等。)

电荷密度差分(charge density difference)是研究电子结构的重要手段之一。可以直观的得到两个片段相互作用后的电子流向，原子形成分子过程中电子密度的变化、探究化学键的本质。电荷密度差分有以下几种形式：

(1)体系的电荷密度减去组成它的两个或几个片段的密度：

(2)自洽计算收敛以后体系的电荷密度减去该原子构型下每个原子的球对称的电荷密度(即初猜电荷密度)，也称为变形电荷密度 (Deformation charge density)

(3)在某个状态的密度减去这个体系在另外一个状态的密度。比如：外加电场作用下的电荷密度减去没有外势场的电荷密度。再比如：激发态的密度减去它在基态时的密度。

以上三种电荷密度差，无论哪一种计算又要保证原子坐标坐标必须一致！

(1)的计算只需要优化 AB 的结构，A、B 片段保持 AB 结构中原子坐标，不能再对片段进行结构进行单独优化。

(2)只要优化自洽计算时候的几何结构，计算原子的球对称的电荷密度时候保持坐标不变。

(3)共用其中一个状态的几何构型。

CHGCAR 文件格式

CHGCAR 是包含电子密度信息的格点文件，对于自旋非极化体系(ISPIN = 1)计算只包含电荷密度，对于自旋极化体系(ISPIN = 2)计算还包含自旋电子密度。可以用 VESTA，Jmol 等程序打开。

CHGCAR 的第一部分和 POSCAR, CONTCAR 的格式是完全一样的，它包含了最终结构的晶格矢量，原子核坐标等信息。紧接着是三个数字，这三个数是实空间函数的网格密度，对应于 NGXF，NGYF，NGZF 三个变量。然后是电荷密度信息 ρ(r) * Vcell。一共有 NGXF * NGYF * NGZF 个数值。比如：下面是一个 Al2O3 晶胞计算的 CHGCAR 文件。

Vaspkit 计算两个片段的电荷密度差

以 CO 分子吸附再 Ni(100) 表面为例：

步骤一：优化CO/Ni(100)的结构，优化好的 CONTCAR 文件如下：

步骤二：分别计算 Ni(100) 和 CO 的单点能

CO 和 Ni(100) 片段的坐标从 CO/Ni(100) 的 CONTCAR 里直接截取，不要再结构优化！！计算时也要保证三次自洽计算所采用的 FFT mesh 一致(NGXF,NGYF,NGZF)

步骤三：用 vaspkit 314 功能做电荷差分。依次输入三个片段的 CHGCAR 路径:

生成 CHGDIFF.vasp 包含电荷密度差的信息，可以直接导入到 VESTA 里作图。

▲电荷密度差分

Vaspkit 计算变形电荷密度差

变形电荷密度差：自洽计算收敛以后体系的电荷密度减去该原子构型下每个原子的球对称的电荷密度(即初猜电荷密度)。

以 CO 分子为例：

步骤一：先自洽计算优化 CO 分子。

步骤二：新键文件夹，在优化好的结构基础上用ICHARG = 12做非自洽计算。

步骤三：用 vaspkit 314 功能做电荷差分。依次输入二个 CHGCAR 路径。

步骤四：得到 CHGDIFF.vasp 文件，导入到 VESTA 里做图。

▲变形电荷密度

Vaspkit计算外加电场下的电荷密度差

外加电场作用下的电荷密度减去没有外势场的电荷密度。

以 InSe 二维单层材料为例：

步骤一：先优化没有外加电场的结构。

步骤二：在同样结构下计算外加电场下做单点自洽计算。添加关键词，EFIELD 控制电场力的大小(eV/Angstrom)。F=qE 所以对应电场的单位是 E=F/q， 因而场强单位是 V/Angstrom

步骤三：运行 Vaspkit 314 功能做电荷差分。依次输入二个 CHGCAR 路径。

步骤四：得到 CHGDIFF.vasp 文件，导入到 VESTA 里做图。

▲外电场下的电荷密度差

电荷密度差作图

得到的电荷密度差文件必须作成图才便于被直观地考察，常用的图分为三类：

(1)3D 等值面图，isosurface。

(2)2D 切面图

(3)1D，平面平均的数值，plane-averaged

通常这几种图可以配合使用讨论。等值面图和切面图用 VESTA 画最方便，平面平均图用 vaspkit 生成最方便。注意 VESTA 对电荷密度的默认单位是 e/Bohr3。

得到的 CHGDIFF.vasp 用 vesta 打开，isosurface 青色部分电荷密度减小，黄色密度电荷密度增加。

温馨提示：

研之成理固体与表面理论计算「青年学者」论坛开始注册

时间：2019年8月8日 - 2019年8月10日

地点：杭州市西湖区浙江大学紫金港校区周厚复实验大楼317室

第四届理论计算初级培训班火热报名中。。。

时间：2019年8月05日 - 8月08日

地点：杭州市西湖区古墩路598号同人广场C座，唐人·儒亿酒店返回搜狐，查看更多

责任编辑：