量化软件VASP的配置与使用
- 课题研究的介绍:
VASP软件由Universitauml;t Wien的计算材料物理学工作者开发,该软件使用赝势法或平面波基组和投影缀加平面波方法,利用第一性原理从头计算量子力学进行分子动力学模拟。
VASP通过近似求解Schrouml;dinger方程得到体系的电子态和能量。其方法主要包括:在密度泛函理论(DFT)框架内求解Kohn-Sham方程获得基态能量;也可以使用波函数方法在Hartree-Fock近似下求解Roothaan方程。此外,VASP也支持格林函数方法和微扰理论。
VASP计算周期性材料使用平面波基组,而电子与离子间的相互作用使用模守恒赝势(NCPP)、超软赝势(USPP)或投影缀加平面波(PAW)方法描述。
其优点包括:使用高效的矩阵对角化方案求解电子基态,且在迭代求解过程中采用了Broyden和Pulay密度混合方案加速自洽循环的收敛;VASP还可以自动确定任意构型的对称性,并利用对称性方便地设定Monkhorst-Pack特殊点;Brillouin区的积分使用模糊方法或Blouml;chl改进的布点-积分方法,实现更快的k点收敛。
VASP软件目前已成为计算材料科学研究者最常用的软件,本文主要研究内容是VASP软件在linux环境中的安装,环境变量设置,以及在软件运行过程中的输入文件和输出文件的设置。
- 课题研究的意义:
正如摩尔定律所预测的——在过去半个世纪里,单位面积集成电路上的可容纳晶体管数量约两年翻一番。伴随着集成电路势不可挡的发展,计算机的计算能力和计算系统的可访问性也在飞速提升。而药学是一个融合有机化学,物理化学,生物化学和医学的跨学科领域,计算建模的应用是非常必要的。目前,各种分子模拟方法在药学中的应用越来越广泛,这些方法大体上可以分为两种:将原子,官能团,甚至整个分子作为最小单元的分子力学方法(molecular mechanics approach);以及深入研究原子核和电子的量子化学方法(quantum chemistry approach)。虽然分子力学方法通常更为简单,计算速度快,但计算结果的准确性不如量子化学方法。
目前多原子多电子的体系的Schrouml;dinger方程的近似求解多使用密度泛函理论,该理论基于Hohenberg-Kohn定理,先进行自洽计算求得密度函数,再通过Kohn-Sham方程求解基态能量和单电子的波函数。目前支持周期密度泛函计算的软件包括CASTEP、CRYSTAL、SIESTA、CPMD,以及VASP。本文以VASP为例进行介绍。
VASP在药学方面的应用前景主要有:
