跳转至

示例 06-3：Si 的 mBJ 带隙与能带（METAGGA = MBJ + KPOINTS_OPT）

目的

  • 演示 mBJ（Tran–Blaha 修正的 Becke–Johnson 势）的标准两步流程：PBE 得到 WAVECAR → mBJ 自洽；
  • 在 mBJ 这一步用 KPOINTS_OPT 同时得到能带路径（c 自洽时最方便的做法）；
  • 读取自洽得到的参数 c（CMBJ）。

对应教程：第6章 杂化泛函与 meta-GGA（§9）。

文件说明

文件 说明
INCAR.pbe PBE 自洽，写出 WAVECAR；LKPOINTS_OPT = .FALSE. 让这一步忽略 KPOINTS_OPT
INCAR.mbj METAGGA = MBJ、LASPH、ALGO = All、TIME = 0.1、NELM = 200，从 PBE WAVECAR 开始
POSCAR Si 原胞（a = 5.47 Å）
KPOINTS Γ 中心 6×6×6（两步相同）
KPOINTS_OPT 能带路径 L–Γ–X–U|K–Γ，每段 30 点
job.slurm 依次运行 PBE 与 mBJ，结束后打印 CMBJ 与带隙
POTCAR 不提供

运行步骤

cd VASP/examples/06-mbj-gap-si
cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/Si/POTCAR > POTCAR
grep kinetic POTCAR                 # meta-GGA needs kinetic-energy-density data
sbatch job.slurm

手动运行：

cp INCAR.pbe INCAR && mpirun -np 16 vasp_std > vasp_pbe.out
cp INCAR.mbj INCAR && mpirun -np 16 vasp_std > vasp_mbj.out

预期结果 / 如何检查

grep CMBJ OUTCAR | tail -1               # converged c (printed every electronic step)
grep -A12 "Band structure" OUTCAR        # gap on the SCF mesh (VASP >= 6.4.3)
grep -c "F=" OSZICAR                     # 1: single point

import py4vasp
calc = py4vasp.Calculation.from_path(".")
calc.band.plot("kpoints_opt")
print(calc.bandgap.fundamental())
  • Tran & Blaha (2009) 报告 mBJ 下 Si 的带隙与实验值（约 1.17 eV）很接近；你得到的值应明显大于 PBE（约 0.5–0.6 eV），落在 1.1–1.2 eV 量级。
  • mBJ 的电子步数通常明显多于 PBE（几十到上百步）。

注意事项

  • mBJ 只是交换势，没有对应的能量泛函：OUTCAR 中的总能和受力没有物理意义，不能用它优化结构或比较能量。
  • c 自洽时无法直接从 WAVECAR 续算；需要另算能带或续算时，把 grep CMBJ OUTCAR | tail -1 得到的值写入 CMBJ 固定。
  • slab、界面等含真空的体系必须固定 CMBJ（取体相值）或改用 METAGGA = LMBJ。
  • 收敛困难时按官方建议分三步：PBE → 固定 CMBJ 的 mBJ → 不固定 CMBJ 的 mBJ，每一步从上一步的 WAVECAR 开始。
  • mBJ 的能带同样不能用 ICHARG = 11；本例用 KPOINTS_OPT（需 VASP ≥ 6.3、vasp_std）。