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示例 06-2：纤锌矿 ZnO 的 r2SCAN 变胞优化

目的

  • 演示 meta-GGA（r2SCAN）计算的标准设置：METAGGA = R2SCAN、LASPH、LMIXTAU；
  • 检查 POTCAR 是否适用于 meta-GGA；
  • 比较 r2SCAN 与 PBE 优化得到的晶格常数（练习）。

对应教程：第6章 杂化泛函与 meta-GGA（§8）。

文件说明

文件 说明
INCAR r2SCAN 变胞优化：ENCUT=520、ISIF=3、ALGO=Normal、LMIXTAU=.TRUE.；注释中给出 rVV10 与 D4 色散修正的写法
POSCAR 纤锌矿 ZnO，取实验结构为初始值（a = 3.250 Å、c = 5.207 Å、u = 0.382）
KPOINTS Γ 中心 8×8×5（六角晶格必须 Γ 中心）
job.slurm 先检查 POTCAR 是否含动能密度信息，再做两轮优化（第二轮消除 Pulay 应力）
POTCAR 不提供，按 Zn、O 顺序拼接

运行步骤

cd VASP/examples/06-r2scan-relax-zno
cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/{Zn,O}/POTCAR > POTCAR
grep TITEL POTCAR
grep kinetic POTCAR | sort | uniq -c        # both elements must provide kinetic-energy-density data
sbatch job.slurm

预期结果 / 如何检查

grep "reached required accuracy" round*/OUTCAR
grep "external pressure" OUTCAR | tail -1
python -c "from ase.io import read; a=read('CONTCAR'); p=a.cell.cellpar(); print('a = %.4f A, c = %.4f A, c/a = %.4f' % (p[0], p[2], p[2]/p[0]))"
  • 第二轮应在很少的离子步内结束，体积变化 < 0.2%。
  • 实验晶格常数约 a = 3.25 Å、c = 5.21 Å；PBE 通常高估 1–2%，r2SCAN 一般更接近实验。具体数值请以你自己的计算为准。
  • 练习：把 METAGGA = R2SCAN 删掉（即 PBE）重做一次，比较晶格常数与耗时。

注意事项

  • 若 grep kinetic POTCAR 没有输出，说明该 POTCAR 不适用于依赖动能密度的 meta-GGA，请换用合适的 PAW。
  • 收敛困难时：先用 PBE 跑一次得到 WAVECAR，再以 ISTART = 1 启动 r2SCAN；或改用 ALGO = All（VASP ≥ 6.5.1 可加 ISEARCH = 1）。
  • 自旋极化（ISPIN = 2）的 meta-GGA 受力在 VASP 6.6.0 中有错误（known issue 94），请用 6.6.1。ZnO 是非磁性的，但做磁性体系时务必注意。
  • r2SCAN 的能带不能用 ICHARG = 11，请用 KPOINTS_OPT 或零权重法（见第6章 §8.3）。
  • r2SCAN+rVV10 的应力在 VASP 6.2 及更早版本中有误，变胞优化请用 ≥ 6.3.0；D4 需要编译时链接 DFT-D4 库。