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vdW-DF functional. + DFT-D2 method

已有 22903 次阅读 2016-1-24 14:14 |个人分类:VASP软件|系统分类:科研笔记

范德瓦耳斯力(van der Waals' force)在化学中指分子之间非定向的、无饱和性的、较弱的相互作用力,根据荷兰物理学家约翰内斯·范德瓦耳斯命名。范德瓦耳斯力是一种电性引力,但它比化学键或氢键弱得多,通常其能量小于5kJ/mol。分子的大小和范德瓦耳斯力的大小成正比。

范德瓦耳斯力的主要来源有三种机制:

  1. 极性分子与极性分子之间的永久偶极矩相互作用,称为“取向力”。

  2. 极性分子对非极性分子有极化作用,使之产生诱导偶极矩,永久偶极矩与其诱导出的偶极矩相互作用,称为“诱导力”。

  3. 一对非极性分子本身由于电子的概率运动,可以相互配合产生一对方向相反的瞬时偶极矩,这一对瞬时偶极矩相互作用,称为“色散力”。这种机制是范德瓦耳斯力的主要来源,1930年由F.W.伦敦首先根据量子力学原理给出解释,因此也称为“伦敦力”。

范德瓦耳斯力的大小会影响物质尤其是分子晶体的熔点和沸点,通常分子的相对分子质量越大,范德瓦耳斯力越大。水(氧化氢)比硫化氢的相对分子质量小,因此范德瓦耳斯力比后者弱,但由于水分子间存在更强的氢键,熔沸点反而更高。壁虎能够在墙及各种表面上行走,便是因为脚上极细致的匙突(spatulae)和接触面产生的范德瓦耳斯力所致。


 

现在可以计算VDW作用的软件有:
VASP
SIESTA
DMOL3
CASTEP
gaussian
ADF
至于说道哪个更精确,貌似还没有比较明确的区分
用的较多的是DFT-D2的方法,对于54号元素之后的用DFT-D3的方法,这都是参数化方法
另外一种是DFT-VDW的非参数化方法,在siesta中已经实现,从原理上来说貌似非参数方法更好一些,但是计算具体体系时并不优于DFT-D2,3的方法。


此外,似乎就只能选vdw-DFT或者带有一定经验参数的DFT-D2,DFT-D3方法了。

具体的看下 VASP 手册。


http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/vdW_DF_functional_Langreth_Lundqvist_et_al.html

 

http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/DFT_D2_method_Grimme.html

 


for optPBE-vdW,


# Dion/Soler/Klimes vdW-DF

LUSE_VDW = .TRUE.

AGGAC = 0.0000

GGA = BO

PARAM1 = 0.1833333333

PARAM2 = 0.2200000000




The method needs a precalculated kernel which is distributed via the VASP download portal (VASP -> src -> vdw_kernel.bindat) and on the ftp server (vasp5/src/vdw_kernel.bindat).


There are no special POTCARs for the vdW-DF functionals and the PBE or LDA POTCARs can be used.

The DFT-D2 method can be activated by setting LVDW=.TRUE. Optionally, the forcefield parameters can be controlled using the following flags (the default values are listed):


VDW_RADIUS= 30.0cutoff radius (Å) for pair interactions
VDW_SCALING= 0.75global scaling factor $ s_6$
VDW_D= 20.0damping parameter $ d$
VDW_C6= $ C_6$,...$ C_6$ parameters ( $ Jnm^6mol^{-1}$) for each species defined in POSCAR
VDW_R0= $ R_0$,...$ R_0$ parameters (Å) for each species defined in POSCAR


The default values for VDW_C6 and VDW_R0 are compiled in Tab.  

具体参数见官网的表格。



叶老师这句话说的好。

做学问与做人: 我们不仅仅要学习导师的理论知识,还应该学习怎样做人;学习怎样雪中送炭,怎样诲人不倦。

  其实,有时懂与不懂、会与不会之间隔着的就是一层纸,如果有人点破则可以少走很多弯路,省很多时间。 可是,不是人人都会诲人不倦的,不是人人都具有送人玫瑰、手留余香的精神。

 有的人不仅不给你点破,而且还会故意在你和真理之间设置层层面纱,这或许就是人品的问题。  

为了大家一起学习提高,将范德华力的理论计算方法和应用的三篇文档分享给大家,见附件,前两篇的作者都是出自一个研究组,主要是方法基础;第三篇来自另外一个研究组,计算了金属表面石墨烯的性质,属于方法应用。

再根据文献提供一个列表,都是属于范德华力泛函的应用计算文章。


A. Puzder, M. Dion, D.C. Langreth
J. Chem. Phys., 124 (2006), p. 164105

T. Thonhauser, A. Puzder, D.C. Langreth
J. Chem. Phys., 124 (2006), p. 164106

S.D. Chakarova, E. Schroder
J. Chem. Phys., 122 (2005), p. 054102

E. Ziambaras, J. Kleis, E. Schröuml, P. Hyldgaard
Phys. Rev. B, 76 (2007), p. 155425

J. Kleis, B.I. Lundqvist, D.C. Langreth, E. Schroder
Phys. Rev. B, 76 (2007), p. 100201

V.R. Cooper, T. Thonhauser, A. Puzder, E. Schroder, B.I. Lundqvist, D.C. Langreth
J. Am. Chem. Soc., 130 (2008), p. 1304

P.G. Moses, J.J. Mortensen, B.I. Lundqvist, J.K. Norskov
J. Chem. Phys., 130 (2009), p. 104709

L. Romaner, D. Nabok, P. Puschnig, E. Zojer, C. Ambrosch-Draxl
New J. Phys., 11 (2009), p. 053010

S.D. Chakarova-Kack, E. Schroder, B.I. Lundqvist, D.C. Langreth
Phys. Rev. Lett., 96 (2006), p. 146107

D.C. Langreth, B.I. Lundqvist, S.D. Chakarova-Kack, V.R. Cooper, M. Dion, P. Hyldgaard, A. Kelkkanen, J. Kleis, L.Z. Kong, S. Li, P.G. Moses, E. Murray, A. Puzder, H. Rydberg, E. Schroder, T. Thonhauser
J. Phys.: Condens. Matter, 21 (2009), p. 084203







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