Ex3.6 VASP的输出文件 PROCAR

本节我们简单介绍一下VASP中关于电子结构描述的输出文件：PROCAR。 一如既往，我们的学习逻辑思路就是：1） 了解这个文件包括什么信息； 2）文件的数据结构是什么样子的 ;3) 由什么参数控制; 以及 4）通过什么脚本/程序可以读取并分析结果 。本文更多的是提供一个简单的概括，让你对它有一个比较直接的认识，至于如何具体使用相关的脚本或者程序去分析，就要你自己去看相关的说明书去摸索了。 更多的信息参考 VASP 官方 Wiki：https://www.vasp.at/wiki/index.php/PROCAR。

1.简单介绍

简单来说， 在 VASP 的静态（非分子动力学）计算中，PROCAR 文件记录了每条能带的轨道投影波函数特征，包括 spd 轨道及对应离子的投影贡献。投影值源于将 Kohn–Sham 波函数在每个离子附近的球内进行积分，得到各轨道类型的“贡献”值；球外（密度泛函间区域）的贡献不包括在内。这些投影数据可以帮助分析电子态的局域化性质和轨道贡献，常用于能带结构分析、轨道成分分析和胖带图（fat band）绘制等。

2. 控制参数：

  • LORBIT < 10 时，必须在 INCAR 文件中设置 RWIGS，用于定义每个离子投影区域的球半径。这时，轨道投影是基于球谐函数，区域仅限于由 RWIGS 确定的球体内。
  • LORBIT ≥ 10 时，无需设置 RWIGS，投影是基于 VASP 所用的投影算符（projector functions）。

因此，根据计算需要选择合适的 LORBIT 值（11 或 12 常用）及是否设置 RWIGS。

  • 当ISPIN = 2，以及 LNONCOLLINEAR =.TRUE. 时，PROCAR的信息会相应的变化。
  • 某些并行设置（例如 NPAR ≠ 1）可能导致 PROCAR 文件缺失或投影信息未输出，请确保并行参数不会影响 PROCAR 的生成。

3. 文件结构

# of k-points:    Nk    # of bands:   Nb    # of ions:   Ni

k-point     ik :   kx ky kz   weight = w

band     ib # energy  E # occ.  occ_value

ion      s     py    pz    px    dxy   dyz   dz2   dxz   dx2-y2   tot
   1     ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...    ...    ...
   2     ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...    ...    ...
   ...
tot     ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...   ...    ...    ...
  • 第一行显示了网格总 k 点数、能带数量和离子总数；
  • 接着每个 k 点的坐标和权重（weight）；
  • 每个能带对应一段，包含能量值（energy）和占据数（occ）；
  • 后面是每个离子按轨道（s、py、pz、px、dxy、dyz、dz2、dxz、x²−y²）投影后的贡献值，以及 tot 表示该离子的总贡献。

4. 常见用途及脚本/程序

  • 绘制胖带图（Fat Band） 将 PROCAR 中每条能带上各轨道的投影作为带图宽度，可以直观显示各轨道贡献。

  • 轨道分析 比如分析能带带性质（s、p、d 轨道成分），或对吸附态进行轨道贡献分解。

  • 结合 PyProcar 可视化

PyProcar 是一个 Python 工具，用于从 PROCAR 文件提取信息并绘图，支持能带可视化、DOS 投影等功能。

  • 结合cgrad可视化

RSGRAD 也是一个强大的后处理工具，可以通过读取PROCAR做类似PyProcar 的事情。

  • VASPKit 等软件也有相关的功能，自己可以尝试去摸索。

5. 简单小结

内容分类 要点
控制参数 LORBIT 决定投影方式；RWIGS 仅对 LORBIT < 10 有效
文件结构 每个 k 点、能带、离子均有对应投影值
投影意义 仅包含 RWIGS 球体内的成分，真实物理解释需结合态密度 DOS
应用场景 胖带图、轨道成分、可视化工具（如 PyProcar, rsgrad, vaspkit等）