高斯和VASP有什么区别和联系？

liu_tiao

     高斯处理非周期性体系，VASP更多的运用于处理周期性体系。请问一下，这两个软件有什么深层次的联系和区别呢。

我本是个娃娃

高斯和VASP其实都是基于量子化学，但是高斯是基于半经验，HF，微扰，耦合簇，组态相互作用，以及DFT配合波普尔基组，或者其他的基组来计算，属于量子化学，但是VASP是基于平面波基组，计算方法属于从头计算法，还要设置K点，磁矩，以及布里渊区等等，可以说是各有优势。以上是我个人的观点，详细的请咨询Sob老师，或者查阅相关书籍

sobereva

高斯属于典型的量子化学程序，VASP是典型的第一性原理程序。第一性原理的研究范畴很大程度上也可以叫固体量子化学。

体系：高斯处理的主要是孤立体系（分子、团簇等），虽然也能做理周期性体系的计算但功能弱速度很慢；VASP主要处理的是周期性体系，虽然也能处理孤立体系，但此时远不如高斯划得来。

理论方法：高斯支持的是HF、半经验、DFT、CASSCF、各种后HF方法，还有一些特色的比如ONIOM杂化方法；而VASP主体就是DFT，另外还有GW。

基函数：高斯用的是高斯型基函数，是以原子核为中心的，赝势用不用看情况，第四周期之后的一般要用；VASP用的是平面波，是相对于整个盒子的、独立于原子的，哪怕是氢原子赝势也总要用（或者以PAW之类处理）。

功能：几何优化、找过渡态、计算各种谱、从头算动力学、波函数分析等等，这些基本任务两个程序有很多共通点。但毕竟处理的体系不同，功能上也有所区别，比如VASP给出能带图、DOS图，这对于高斯处理的分子体系就没有这样的概念。

卡开发发

我也来扯扯好了：
Gaussian采用的是局域基组（GTO）而VASP采用的是非局域基组（平面波，简称PW），这样会导致一些结果：
(1)PW的非局域性导致没办法在无限大的空间中可积，因此必须加格子来限定空间；而GTO随着中心向径向方向衰减在无限空间可积，所以GTO原则上能够处理0~3D体系（视程序而定，Gaussian是可以的）；
(2)Gaussian的动能、势能都可以在实空间实现，VASP一部分求解需要在倒空间计算需要做Fouirer变换（很显然需要FFT的库）;
(3)从表面看，计算量GTO仅仅与原子的数目有关而PW还与格子的大小有关，这是PW计算分子划不来的原因。这也是很多时候计算表面体系我更推荐那些数值基组的原因；
(4)GTO的精度与GTO的数目及缩合的方式等有关，而PW则只需通过一个截断能来控制基组的大小，理论上截断能可以取很大来保证基组的充分性，因此基组尺寸上控制更为灵活；
(5)严格来说格子大小在变化的过程对于PW的计算有点影响（可通过一定方式对基函数进行校正，如CASTEP那样），而GTO不会有这个问题；然而相反的是，平面波对于同一体系中的片段因为采用的截断能一样能够保证体系基组不存在基组重叠误差（BSSE），而GTO却有着基组误差的问题（多说一句，数值基组的误差比同等级的GTO要小一些）；
(6)如劈裂价基组那样芯电子需要较多数目的GTO拟合以保证歧点条件，对于芯电子的描述如果完全的正交平面波（OPW）需要很高的截断能，所以更常用的是赝势平面波或者PAW+平面波以降低计算开销，必要的情况下GTO也可以采用赝势及冻芯（似乎超软赝势只能在倒空间使用，但具体有待考证）；
(7)毕竟VASP的格子是周期性的，这样在体系内如果有分子具有偶极矩以及表面不对称的情况原则上还要通过偶极校正近似抵消相邻两个格子之间的诱导，这也是引起真空静电势不为0的原因之一，对于GTO用于开放体系的情况不存在这种问题；
(8)计算HF的时候，使用PW要比GTO复杂得多，一般来说也慢得多，对于GTO来说杂化泛函比纯泛函慢多少一般用倍数衡量，对于PW可能得用数量级来衡量。个人认为处理固体CP2K这种使用平面波但借助GTO做多中心的方法是个很好的想法。因此PW就算对少数原子做post-HF难度颇大（常用的GW算是其中之一）而更为少见，更多是采用DFT；
基组差异引起的种种问题我目前只能想起这么多，除了这些之外，Gaussian无法识别固体对称性并采用特殊点法来处理K积分，处理固体效率不高（这只是Gaussian本身的问题，对于其他的GTO for PBC的程序不见得如此）。

songkaibuct

sob老师，在看到你对高斯和VASP对比之后，我想请问一下，高斯在相对与VASP或者其他软件而言，在处理什么方面更加有优势，比如我知道的过渡态和反应机理，还有其他的一些方面，高斯相对其他软件的高明之处吗？谢谢老师

sobereva

songkaibuct 发表于 2015-7-8 13:03
sob老师，在看到你对高斯和VASP对比之后，我想请问一下，高斯在相对与VASP或者其他软件而言，在处理什么方 ...

关键就看你的体系是孤立体系（分子、团簇等）还是周期性体系。是孤立体系，用高斯就很好；是周期性体系，就用VASP、CASTEP、Dmol3之类。

wulingnan

sobereva 发表于 2015-7-8 18:25
关键就看你的体系是孤立体系（分子、团簇等）还是周期性体系。是孤立体系，用高斯就很好；是周期性体系 ...

Sob老师, 我在用MS的DMol3模块做非均相表面催化，采用的是周期体系，这种情况下如何算BSSE呢？ MS的DMol3可以算团簇的BSSE不过不能算周期性体系，现在被卡在这里了不知道如何算BSSE，sob老师能否指点一二？

wrtgcn

sobereva 发表于 2015-6-12 17:26
高斯属于典型的量子化学程序，VASP是典型的第一性原理程序。第一性原理的研究范畴很大程度上也可以叫固体量 ...

Sob老师，我最近刚开始学习VASP，正好翻到这篇老贴子。想请教您一下：
1. VASP使用时没有像高斯一样需要指定计算的方法，其默认采用的就是DFT吗？这个DFT有具体的名称吗？
2. 通常我们采用的PAW_PBE赝势文件，是配合某一种具体DFT方法用的吗？
3. 您这里提到的GW方法是什么类型的方法呢？
刚开始学习，可能问题比较基础，麻烦您了！

我本是个娃娃

wrtgcn 发表于 2018-10-5 11:49
Sob老师，我最近刚开始学习VASP，正好翻到这篇老贴子。想请教您一下：
1. VASP使用时没有像高斯一样需要 ...

1，VASP使用的DFT一般都是PBE，而需要计算诸如能带是会使用HSE06
2，赝势配合计算平面波的，而非配合DFT。简单来说，DFT是方法层面，赝势和平面波属于基组层面，不要混淆
3，不清楚GW是什么

wrtgcn

我本是个娃娃 发表于 2018-10-5 13:01
1，VASP使用的DFT一般都是PBE，而需要计算诸如能带是会使用HSE06
2，赝势配合计算平面波的，而非配合DFT ...

谢谢娃娃~
可以理解为选择了PAW_PBE作为POTCAR后，就已经同时完成了DFT方法和相应赝势的选择吗（相当于在高斯里选择了泛函和基组，而高斯里可以自己挑选并搭配）？

卡开发发

wrtgcn 发表于 2018-10-5 14:10
谢谢娃娃~
可以理解为选择了PAW_PBE作为POTCAR后，就已经同时完成了DFT方法和相应赝势的选择吗（相当于 ...

1、有默认值，即你所选择的赝势所对应的泛函，但你也可以指定，你可以采用"GGA="或者"MetaGGA="来指定GGA或者MetaGGA形式的交换关联泛函，除了这些还可以通过"LHFCALC="来设置精确交换项的比例以及"HFSCREEN="来设置范围分离参数，实际还有更多的参数你都得看手册，比如vdW-DF的非局域关联泛函设置等。

2、（1）赝势或者PAW的产生是需要给定交换关联泛函来优化参数来保证计算结果与所给定的交换关联泛函的全电子计算结果有好的再现性和可移植性，所以一般建议采用与采用泛函相匹配的赝势或PAW进行计算，但也没那么严格，比如PBE整个系列（PBE、RPBE、PBEsol、TPSS、HSE...）其实都可以搭配PBE的赝势或PAW。（2）原则上，不做基组尺寸限制的话，任何赝势其实都能用。一般LCAO基组还是会根据赝势来优化基组的形式，以保证小尺寸的基组就有好的计算结果，反而言之，LCAO基组用在不匹配的赝势就不太合适。但平面波不存在这个问题，总可以通过动能截断大小来控制以保证基组尺寸的充分性。

3、（1）VASP也并非只能用DFT，只是其他从头算方法对于VASP而言计算代价太大了，也不见得有好的结果，比如VASP也可以使用HF甚至是MP2，CCSD的计算G Kresse很多年前发了文章但估计一般用户没法用，估计实用价值不大。（2）GW是Green函数+屏蔽近似（RPA），用来算激发态的方法，主要用于处理带隙、光学性质这些。在计算原子分子系统的激发态中，GW虽然近些年也有人在做，但比起TDDFT来说，不算是主流方法。

498746012

卡开发发 发表于 2015-6-13 11:05
我也来扯扯好了：
Gaussian采用的是局域基组（GTO）而VASP采用的是非局域基组（平面波，简称PW），这样会 ...

老师您说的必须加格子来限定空间，是指第一布里渊区吗

卡开发发

498746012 发表于 2018-10-7 11:05
老师您说的必须加格子来限定空间，是指第一布里渊区吗

指的是实空间的那个周期性边界。

498746012

卡开发发 发表于 2018-10-7 12:20
指的是实空间的那个周期性边界。

谢谢老师

wrtgcn

卡开发发 发表于 2018-10-5 22:59
1、有默认值，即你所选择的赝势所对应的泛函，但你也可以指定，你可以采用"GGA="或者"MetaGGA="来指定GGA ...

谢谢您～