CHGCAR价电子密度文件中的数值问题

tjuphysfang

求助各位老师，为什么vasp-wiki官网给出的CHGCAR的信息中总的价电子数目的形式和它给出的电荷密度的形式不自洽？

卡开发发

VASP手册这里写的应该比较乱。a、b、c是应该是一个体素或是说体元（voxels）的长度，Vcell就是一个体素的体积。建议稍微改下符号，按照这样：
实际晶胞的体积是Vcell
体素或是说网格数目Ngrid=NGXF*NGYF*NGZF
体素体积为ΔV
这样有Vcell=Ngrid·ΔV
然后按照VESTA的手册描述，

When these files are read in to visualize isosurfaces and sections, data values are divided by V in the unit of bohr^3.

这样n(r)=data(r)/Vcell
然后根据矩形求积规则NELECT=∫{n(r)}dr r∈Vcell
NELECT=∑{data(n)/Vcell}ΔV n∈Ngrid
根据前面提到的，data(n)/Vcell·ΔV=data(n)/Ngrid，这样与最终公式相同。

事实上一个比较简单的做法是根据Fourier变换关系，有：
n(r)=∫{n(G)exp(iG·r)}dG
当G仅取(0,0,0)时即为n(r)在Vcell内的平均值，因为已经乘了晶胞体积应该很方便就能得到电子数。

tjuphysfang

卡开发发 发表于 2024-10-8 02:11
VASP手册这里写的应该比较乱。a、b、c是应该是一个体素或是说体元（voxels）的长度，Vcell就是一个体素的体 ...

感谢您的答疑~问题解决了！还有一个问题想请教一下您，我之前计算AECCAR0中总的核芯电子数目的时候，发现对于不同的NGXF,NGYF,NGZF数值，核心电子总数差别很大，只有取非常密集的网格才可以得到正确的核芯电子总数，如果总数正确了，请问老师，现在AECCAR0中的数值可以用来进行实际计算吗？

卡开发发

tjuphysfang 发表于 2024-10-8 16:28
感谢您的答疑~问题解决了！还有一个问题想请教一下您，我之前计算AECCAR0中总的核芯电子数目的时候，发现 ...

可以，但不推荐这样做。不过如你所见并不是很好处理，可能需要很密集的网格才能得到合理的数值，这也是为什么Henkelman组的AIM电荷程序Bader仅使用CHGCAR而不用AECCAR0+2那个和来进行盆积分（当然划分盆肯定还是用AECCAR0+2）。

原因是因为AECCAR0本身就是内层电子在冻芯下的密度（从POTCAR-PAW信息构造），一个是本身振荡要比价层赝波函数快，其次是在原子芯附近本身就有个岐点或者叫尖点，这样的东西用均匀网格本身就不怎么好描述。因此，如果没有什么特定需求，完全可以对CHGCAR进行积分，然后芯电子数目直接从POTCAR当中读出来加在上面就行了。当然一定要去处理全电子密度是可以通过一定技巧来实现的，不过要麻烦很多。

tjuphysfang

卡开发发 发表于 2024-10-8 17:05
可以，但不推荐这样做。不过如你所见并不是很好处理，可能需要很密集的网格才能得到合理的数值，这也是为 ...

感谢您的回答，我研究的问题确实需要计算核芯电子的分布情况，而不只是求总的全电子数目，所以一直在纠结这个数值到底是否可信，因为随着网格的变化，芯电子数目变化太大了。请问老师，可以介绍一下在哪里可以学习这些技巧来计算全电子分布吗？感谢！

卡开发发

tjuphysfang 发表于 2024-10-8 21:11
感谢您的回答，我研究的问题确实需要计算核芯电子的分布情况，而不只是求总的全电子数目，所以一直在纠结 ...

这方面其实你可以参考LAPW基组的处理方式。这时候不推荐使用AECCAR0+2的数据进行处理，因为它们在映射到均匀网格太容易失真，除非网格选取非常稠密，但这样会给计算和存储造成很多困难。你可能得从PAW-POTCAR当中获取ae+ps的partial wave和core density。事实上如果你真的这么需要讨论原子芯附近的电子行为，本身就应该使用LAPW+lo基组进行计算（比如Wien2K、ELK、Fleur等）。