一、概述

VASP计算中为了节约机时，加快计算速度，经常会采取固定一部分原子的策略来实现。

VASP的结构信息存放在名为POSCAR的文本文件中。一般的POSCAR文件如图1所示：

图1、默认的POSCAR文件格式

如果要固定某些原子，则需要在这个文本文件中加入一行Selective dynamics，以及每个原子坐标后面需要加 T（放开优化）和 F（固定坐标），三个T（F）代表x,y,z三个方向上都做限制。如图2：

图2、固定部分原子的坐标的POSCAR文本格式

知道了这个文本的格式，就可以清晰的知道，要固定某些原子，首先要知道这些原子的坐标，然后在它的坐标之后，加上F F F，剩下的原子后面加上T T T。问题就在于我们一般是在可视化的环境下，判断固定哪些原子的，如果手动的一个一个去加F和T，眼都看花了，也不一定能保证正确。幸运的是，现在有很多种方便的方法来处理这件事情。现将这些方法尽量按照历史顺序、列举一下，有更好的方法也请各位补充更正。

二、方法

1、excel排序法（已淘汰）

总体的思想就是把这个文本的原子坐标部分copy到excel，然后按照坐标数值的大小排序，最后把T T T，F F F写在后面，这个方法现在看来已经很笨了，效率较低，出错率也高，建议还在使这种方法的赶紧放弃。

怀旧热线：http://blog.sciencenet.cn/blog-478347-986198.html

2、Materials Studio + Perl脚本法

MS支持perl脚本，武汉理工大学赵焱课题组，编写的perl脚本，可以直接读取MS的xsd结构文件信息，并转换为纯文本文件，非常方便使用。

链接：http://blog.sciencenet.cn/blog-478347-1199741.html

建议：如果后续还有版本升级的话，有两个小的建议，1、在脚本的最前面再加一个循环，可以一键把一个文件夹里所有的xsd文件批量转化为POSCAR并自动命名；2、在xsd2pos.pl的基础上，再写一个逆向的cont2xsd.pl,把优化好的CONTCAR读入到xsd里，便于优化结束后的在MS中可视化。

3、VASPKIT、QVASP、ATOMSK等程序

（1）VASPKIT目前支持两种不同的固定表面模式，如图3所示：

图3. VASPKIT固定原子工作界面

Fix atoms (FFF) by Layers模式，会让你输入一个判据，程序会根据这个值来判断一下结构可以分为多少层。然后输入你要固定的层数，就可以固定了。

Fix atoms (FFF) by Heights模式，就是让你输入z方向的坐标的一个最大值，一个最小值的数值，就可以固定这个范围内的所有原子了。

VASPKIT: https://vaspkit.com/tutorials.html#fix-atoms-by-layers

（2）QVASP里面也有这样一个命令来固定原子：qvasp -fix POSCAR

根据提示：Input the Z coordinate range you want to fix (eg: 0.1 0.2): 

输入两个数值就可以了。

QVASP: https://sourceforge.net/projects/qvasp/

（3）ATOMSK的命令稍微复杂些，需要你在一条命令里把你要输入的信息都输入完。比如：

atomsk -fix all below 4.05 Z vasp

意思就是把z方向，把坐标小于4.05的原子都固定住。

ATOMSK：https://atomsk.univ-lille.fr/tutorial_vasp.php

当然，固定原子只是这些程序强大功能的一个小小分支。

扩展阅读：前面说过POSCAR固定原子其实就是一个文本的操作，如果你觉得黑箱操作不过瘾，想看看到底怎么操作的这个文本，可以抽时间学习一下shell，fortran，python是三种语言做这件事的不同方式：

• shell（Lipai）：http://home.ustc.edu.cn/~lipai/scripts/vasp_scripts/bash_fix_atom.html

• fortran（qvasp）：qvasp/qvasp-v2.2/source-code/fix-pos.f90
  

• python（vaspkit）：/utilities/POSCARtoolkit

4、实时操作的新模式：ase gui（最新）

我们一般都是在远程服务器上进行计算，比如搜索表面的过渡态时，一般习惯先把表面的所有原子都固定住，只放开表面上的反应物和产物，粗算一下。看着差不多了，再按照正常的放开表面的几层原子，再细算一下。这时，如果用方法2 的话，可视化程度很好，心里比较有底，但是完成第一步粗算以后，要把所以表面原子都固定的CONTCAR文件下载下来，然后再在MS里面设定新的固定原子，最后再把这些文件传到服务器，比较繁琐。如果使用方法3，纯文本操作，虽然不用再来回的下载上传，但如果不可视化看一眼这个结构，又不太放心。针对这种情况，推荐使用ase gui来解决这个问题。

如何安装ase，可以参考（https://wiki.fysik.dtu.dk/ase/install.html），在服务器上的话，一般需要load 一下anaconda的环境，否则numpy,scipy等会缺失。

我们举一个TiO₂(001)面的例子。

（1）在客户端登录服务器，安装好ase，在POSCAR所在的文件夹，运行命令：

ase gui POSCAR

（2）如果ase安装正常的话，将弹出ase gui的可视化界面，如图4：

图4，ase gui 初始画面

（3）为了看清楚成键情况，更加方便选择原子，设置一下View-Show bonds

图5. Show Bonds

（4）用右键转动一下，可以得到如下视图：

图6. 成键的视图。

（5）按住鼠标左键，选中想要固定的部分：

图7，选中原子

（6）可以看出，被选中的原子，边缘编程了粗线：

图8，选中的原子突出显示

（7）点击Tool-Constraints，选择Constrain selected atoms

图9，Tools菜单

（8）这时候你会发现，被固定了的原子上都打上了一个叉号，没固定的原子不变：

图10. 固定的原子上，显示叉号。

（9）最后，保存文件的修改，File-Save，命名保存即可。

图11，保存

（10）这时候我们回到文件夹，看一下这个文件，发现已经按照我们的要求，固定好原子，在服务器上就可以直接使用了。(唯一的遗憾是ase gui有个bug，保存的POSCAR文件少一行元素行，希望以后的版本能修复）

图12，最终的结构文件

三、总结

    POSCAR文件中原子的固定是一件很小的事情，但可以看出随着大家不断的使用，它的操作模式也经历了很大的变化，从最初的笨方法，到现在有很多方便的方法可以选择，大大的提高了我们的工作效率。相信随着各种脚本和程序的推出，以前很多“笨”方法慢慢都会被淘汰，是我们所有人都变得更聪明了吗？也不是，是有一些聪明、勤奋又爱分享的人，让很多操作变得越来越“傻瓜”，于是我们大多数人也变得“聪明”起来。谢谢这些贡献者，也希望越来越多人能够积极加入把操作变“傻瓜”的事业当中。