算例 08-mos2-monolayer：单层 MoS2——二维材料的 vdW 一致设置、真空收敛与真空能级¶
目的¶
- 用与双层/异质结相同的 vdW 设置（
IVDW = 12）优化单层 MoS2 的面内晶格（LATTICE_CONSTRAINTS，c 轴固定）； - 做真空层厚度收敛测试（c = 15/20/25/30 Å）；
- 用
LVHAR = .TRUE.输出静电势 LOCPOT，求真空能级，把带边（VBM/CBM）对齐到真空能级（电离能 IP、电子亲和能 EA）。
只做"面内晶格优化"的基础版本见 第4章的 MoS2 算例；本算例侧重第 8 章的二维材料专题。对应教程：第8章 §7。
文件说明¶
| 文件 | 说明 |
|---|---|
POSCAR |
1H-MoS2 单层，a = 3.19 Å，c = 23.13 Å（约 20 Å 真空），原子层位于 z = c/2 |
KPOINTS |
Γ 中心 12×12×1（真空方向只取 1 个 k 点） |
INCAR_relax |
PBE-D3(BJ) + ISIF=3 + LATTICE_CONSTRAINTS = .TRUE. .TRUE. .FALSE. |
INCAR_scf |
静态计算，LVHAR=.TRUE.（LOCPOT 只含离子势 + Hartree 势）、LORBIT=11；可选 IDIPOL=3 + LVACPOTAV（≥ 6.4.3） |
set_vacuum.py |
保持原子笛卡尔坐标不变、修改 c 长度并把原子层居中 |
vacuum_test.sh |
真空收敛测试：prepare / collect |
job.slurm |
最简 Slurm 脚本 |
POTCAR（与第4章保持一致，用 Mo_pv；VASP 官方推荐列表中 Mo 为 Mo_sv，两者都可以，但同一项目中要统一）：
运行步骤¶
# 1) in-plane relaxation
mkdir -p relax && cp INCAR_relax relax/INCAR && cp POSCAR KPOINTS POTCAR job.slurm relax/
(cd relax && sbatch job.slurm)
# 2) vacuum convergence on the relaxed geometry (uses relax/CONTCAR)
bash vacuum_test.sh prepare
bash vacuum_test.sh collect
# 3) vacuum level and band-edge alignment for the converged c (e.g. 20 A)
python ../09-pt111-workfunction-dipole/plot_locpot_planar.py c_20/LOCPOT --outcar c_20/OUTCAR
预期结果 / 如何检查¶
head -5 relax/CONTCAR # a changed, third lattice vector still 0 0 23.13
grep "in kB" relax/OUTCAR | tail -1 # XX, YY, XY ~ 0 (ZZ is not relaxed)
grep -i -A6 "bandgap" c_20/OUTCAR | head -12 # VASP >= 6.4.3 prints VBM/CBM/gap
- 面内晶格常数：PBE(-D3) 一般在 3.18–3.19 Å 左右（实验约 3.16 Å；近似值）。单层的 D3 修正对 a 的影响很小。
- 真空测试：c ≥ 20 Å 时总能量变化通常已 < 1 meV/atom；E_F 的绝对数值随 c 变化，这是正常的——只有相对真空能级的能量才有物理意义。
- 带隙：单层 MoS2 的 PBE 带隙为 K 点直接带隙，约 1.6–1.7 eV（近似值，不含 SOC；加 SOC 后价带顶在 K 点劈裂约 0.15 eV）。
- 电离能 IP = E_vac − E_VBM，电子亲和能 EA = E_vac − E_CBM。
plot_locpot_planar.py会打印真空能级；VBM/CBM 取自 OUTCAR 的带隙报告或 第5章 的能带计算。