第一性原理计算软件攻略-利用VESTA绘制差分电荷密度图解.pdfVIP

第⼀性原理计算软件攻略-利⽤VESTA绘制差分电荷密度图解

1.软件介绍

VESA全称为Visualizationforelectronicandstructuralanalysis.是⼀款免费的可视化软件，可以帮助⼯作者利⽤第⼀性原理计算得

到的数据制作出赏⼼悦⽬的图⽚。并且VESA可以运⾏MaterialsStudio建模软件中的部分输出⽂件，通过VESA和MS（Materials

Studio）两款软件，可以完成第⼀性原理计算中的⼤部分模型处理和作图分析。VESA可以读取MS⽣成的CIF⽂件，并将CIF⽂件直接转

化为计算所⽤的POSCAR⽂件。⼀定程度下可以节省在MS⾥通过⾃⼰建设基⽮导出原⼦位置的时间。另外，VESA也可直接将POSCAR

导出格式为*.xyz的⽂件（也就是MS识别的原⼦坐标⽂件），将*.xyz⽂件导⼊MS⾥可以调控POSCAR⾥的原⼦位置。添加吸附原⼦、分⼦

等⼯作。图1为运⾏VESA软件的界⾯显⽰。

图1

如图所⽰，左⾯栏⾥⿊⾊箭头代表模型三维空间的⽴体展现，通过点击⿊⾊箭头，在右⽅结构模型处移动⿏标可以实现模型的三维旋转。⽽

第⼆个⽩⾊标号箭头，则可以实现原⼦的选取。其中⼗字标号可以使模型在可视化窗⼝中进⾏上下左右的移动。⽽图2这⼏个标号，分别代

表两个原⼦之间的距离、三个原⼦之间呈现的夹⾓、平⾯⾓和界⾯之间的夹⾓。如图3所⽰，界⾯栏上⽅的a,b,c和a*,b*和c*则可以直接实

现模型在x、y和z轴上⾯的视⾓。

图2

图3

2.差分电荷密度图

差分电荷密度图是通过成键后的电荷密度与对应的点的原⼦电荷密度相减获得。通过差分电荷密度的计算和分析，可以清楚地得到在成键和

成键电⼦耦合过程中的电荷移动以及成键极化⽅向等性质。差分电荷密度图在第⼀性原理计算中的应⽤多集中于分析结构优化后模型的原⼦

间成键情况，尤其在界⾯计算中，通过差分电荷密度分析，可以初步直观的判断界⾯的结合⽅式。举两种材料组成的界⾯为例，差分电荷密

度的计算公式为：∆ρ=ρAB−ρA–ρB。ρAB代表了界⾯优化后的结构电荷密度，ρA代表组成界⾯的材料A的电荷密度，ρB代表

组成界⾯的材料B的电荷密度。将它们作减，即可得到材料A和材料B组成界⾯AB后的电荷密度变化，进⽽可以分析界⾯中的电荷移动等性

质。如图4所⽰，显⽰了⽯墨烯、掺杂⽯墨烯和氧化锂组成界⾯后的差分电荷密度图。其中黄⾊区域代表电⼦集聚的区域，蓝⾊区域表⽰电

⼦损失的区域。通过差分电荷密度图，我们可以看出⽯墨烯和氧化锂组成界⾯后，⽯墨烯的电⼦发⽣重排，集聚在⽯墨烯和氧化锂的界⾯

中。

图4

在计算研究体系的差分电荷密度时，界⾯AB，材料A和材料B的模型应保持同⼀，也就是说需要放在相同的⼤⼩格⼦中。当得到差分电荷密

度的输出⽂件后，可以在各单独体系中的OUCAR检验界⾯AB，材料A和材料B的NGX,NGY,NGZ是否⼀致，避免因为格点不同⽽导致差

分电荷密度图⽆法正常绘制的情况发⽣。

如果在OUCAR⾥发现参数并不相同时，需要在INCAR⾥通过设置NGX，NGY，NGZ保持⼀致使数据正常输出。使⽤VESA绘制差分电

荷密度图时，需要输出⽂件CHGCAR，例如要得到A、B两相组成的界⾯体系的差分电荷密度图，则需要得到界⾯AB、材料A和材料B各⾃

的CHGCAR。然后利⽤上述公式∆ρ=ρAB−ρA–ρB将对应的CHGCAR在VESA⾥进⾏相减则可以达成⽬的。

3.如何利⽤VESA作图差分电荷密度图

在利⽤VESA作图差分电荷密度图时，为了⽅便⽤图⽰解释过程，我们依旧采⽤⽯墨烯/氧化锂的界⾯模型作图。

（1）⾸先将总体系的CHGCAR导⼊VESA⾥，在这⾥，直接将⽂件夹⾥的CHGCAR拖⼊VESA就可以，CHGCAR⽂件⼀般为⼀百兆或

者更⼤，所以，在VESA导⼊CHGCAR时，如果响应⽐较慢的话，请耐⼼等待，如果强⾏运⾏，可能导致软件崩溃。

图5

（2）在导⼊界⾯总体系的CHGCAR后，导⼊材料A的CHGCAR；在导⼊材料A的CHGCAR时，要在上⼀个步骤的基础上进⾏导⼊，依次

点击上栏中的Edit-EditData-VolumetricData。

图6

此后，界⾯显⽰如下图所⽰，然后点击Import，导⼊材料A的CHGCAR

图7

在导⼊材料A的CHGCAR后，界⾯显⽰如图8所⽰，点击Subtractfromcurrentdata和RawData，最后点击确定ok。备注：点击OK后

反应时间较长，请耐⼼等待。

图8

在