跳转至

算例 09-pt111-workfunction-dipole：Pt(111) 功函数与偶极校正

目的

  • 用 LVHAR = .TRUE. 输出静电势（离子势 + Hartree 势），沿表面法向做平面平均，得到真空能级 V_vac，功函数 Φ = V_vac − E_F；
  • 对比 O 只吸附在一侧的不对称 slab 在有/无偶极校正时真空区电势的差别：无校正时真空区存在人为电场（电势有斜率），有校正时两侧真空各自平坦、中间出现一个台阶，台阶高度就是两侧功函数之差；
  • VASP ≥ 6.4.3：用 LVACPOTAV 让 VASP 直接在 OUTCAR 中给出两侧真空能级。

对应教程：第9章 §7–§8。

文件说明

文件 说明
INCAR 静态计算：LDIPOL/IDIPOL=3/DIPOL、AMIN=0.01、LVHAR、LVACPOTAV（≥ 6.4.3）
KPOINTS 与 09-pt111-slab 相同的 Γ 中心 8×8×1
POSCAR_O_fcc 在未弛豫 Pt(111) p(2×2) 顶面 fcc 空位放 1 个 O（覆盖度 0.25 ML），底面干净——人为构造的不对称 slab
plot_locpot_planar.py 读取 LOCPOT 做平面平均，自动识别真空区和偶极台阶，输出两侧 V_vac、Φ、真空区斜率；生成 planar_avg.dat/png
run.sh prepare：建立 clean/、O_nodip/、O_dip/ 三个计算并提交；collect：汇总
job.slurm 最简 Slurm 脚本

POTCAR（两种体系分开准备）：

cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/Pt/POTCAR > POTCAR_Pt
cat $VASP_PP_PATH/potpaw_PBE/{Pt,O}/POTCAR > POTCAR_PtO

运行步骤

# 0) relax the clean slab first in ../09-pt111-slab (its CONTCAR is used here)
bash run.sh prepare
# wait ...
bash run.sh collect
# single directory, with figure:
cd O_dip && python ../plot_locpot_planar.py LOCPOT --outcar OUTCAR

预期结果 / 如何检查

grep "E-fermi" O_dip/OUTCAR | tail -1
grep upper O_dip/OUTCAR | tail -1     # LVACPOTAV (>= 6.4.3): vacuum level upper / lower side
grep -i dipol O_dip/OUTCAR | tail -3  # dipole moment along z
  • clean/：两侧功函数几乎相等（Δ Φ ≈ 0），真空区电势平坦。PBE 计算的 Pt(111) 功函数一般在 5.6–5.9 eV 范围（近似值；实验约 5.9–6.1 eV；系统的 PBE 数据库见 Tran et al., Surf. Sci. 687, 48 (2019)）。
  • O_nodip/：脚本报告 dipole step: not found，并给出 WARNING: potential is not flat——真空区残留电场，此时"功函数"没有确定值。
  • O_dip/：两侧真空各自平坦，O 覆盖一侧（upper）的功函数明显高于干净一侧（O 吸电子形成指向表面内侧的偶极，使该侧功函数升高，量级约零点几到 1 eV，示意）。
  • 若 LVACPOTAV 打开，OUTCAR 中会有一行 vacuum level on the upper side and lower side of the slab ...，应与脚本给出的 V_vac 基本一致（两者对真空区的取法略有不同，差别通常在 0.01 eV 量级）。

注意事项

  • DIPOL 必须放在 slab 的质心附近（只有法向分量有意义）。如果 slab 被放在晶胞底部、真空在上方，DIPOL 的 z 分量要相应修改，否则偶极层会落在原子之间。
  • 偶极校正会让 SCF 收敛变慢（电荷在两侧之间来回振荡）。本例已设置 AMIN = 0.01、NELM = 200、EDIFF = 1E-6；仍不收敛时，先不加 LDIPOL 收敛波函数，再读入 WAVECAR 打开偶极校正。
  • 功函数对真空厚度、层数、k 点都要做收敛；用 LVHAR（不含交换关联势）可以在较小真空下就得到平坦的真空能级。
  • POSCAR_O_fcc 是未弛豫的演示结构；做真实研究时请先按 第10章 优化吸附结构（同样要加偶极校正）。

返回第9章