差分电荷密度图的绘制

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差分电荷密度用来查看成键前后电荷的重新分布。这里以小木虫上的一个CO差分电荷为例。

文献中常用的差分电荷密度图为二次差分电荷密度图(difference charge density)，区别于差分电荷密度图(deformation charge density)。 差分电荷定义为成键后的电荷密度与对应的点的原子电荷密度之差。通过差分电荷密度的计算和分析，可以清楚地得到在成键和成键电子耦合过程中的电荷移动以及成键极化方向等性质。 “二次”是指同一个体系化学成分或者几何构型改变之后电荷的重新分布。 Deformation charge density 的公式定义为

\Delta\rho=\rho_{AB_{sc}}-\rho_{AB_{atom}}

Difference charge density的公式定义为

\Delta\rho=\rho_{AB}-\rho_{A}-\rho_{B}

计算Deformation charge density时，\rho_{AB_{sc}}可由自洽计算的CHG或CHGCAR得到,而\rho_{AB_{atom}}所需的 CHG 或 CHGCAR 可由下述非自洽计算得到:仍使用自洽计算的四个输入文件，但INCAR中需要设置ICHARG=12 和 NELM=0，也就是CHGCAR是由孤立原子电荷的简单叠加构成。 而Difference charge density是文献中最常用的方法，需要对三个不同结构(A,B,AB)做自洽计算。步骤如下：

  • 对优化后的结构做静态自洽计算 要注意的是，AB、A和B要分别放在同样大小的空间格子中并保证A和B与AB中相应坐标不变，计算时也要保证三次自洽计算所采用的FFT mesh 一致（NGXF,NGYF,NGZF）。 ​ INCAR中几个注意的参数： ​ IBRION = -1;NSW = 0;NGXF,NGYF,NGZF
  • 利用vaspkit对三个结构的CHGCAR做差 ​ 根据公式\Delta\rho=\rho_{CO}-\rho_{O}-\rho_{C}，我们需要将CO的CHGCAR减去O的，再减去C的，就能得到想要的二次差分电荷密度。在父目录下启动vaspkit，输入34，选择功能Charge & Spin Density，进入电荷密度子菜单，再输入命令314选择Charge-Density Difference，在下一个界面提示输入CO/CHGCAR C/CHGCAR O/CHGCAR，会显示以下信息：
 ======================= File Options ============================
 Input the Names of Charge/Potential Files with Space:
 (Tip: To get AB-A-B, type: ~/AB/CHGCAR ./A/CHGCAR ../B/CHGCAR)

 ------------>>
CO/CHGCAR C/CHGCAR O/CHGCAR

 -->> (1) Reading Structural Parameters from CO/CHGCAR File...
 -->> (2) Reading Charge Density From CO/CHGCAR File...
 -->> (3) Reading Structural Parameters from C/CHGCAR File...
 -->> (4) Reading Charge Density From C/CHGCAR File...
 -->> (5) Reading Structural Parameters from O/CHGCAR File...
 -->> (6) Reading Charge Density From O/CHGCAR File...
 -->> (7) Written CHGDIFF.vasp File!

运行完后，会在当前目录下生成CHGDIFF.vasp，即为CO的电荷密度差。用VESTA软件可视化如下，黄色部分表示电荷密度增加，蓝色表示电荷密度减少：

如果在~/.vaspkit文件中设置以下三个参数（ver. 1.3.0 or later），即开启格点数据插值功能，则不需要在计算差分电荷密度时要求NGXF，NGYF和NGZF保持一致。

GET_INTERPOLATED_DATA      .TRUE.     是否插值
INTERPOLATION_SPACING        0.04     插值间距，决定格点数目，类似于NGXF，NGYF和NGZF
INTERPOLATION_METHOD        'cubic'   插值方法

如果您使用VASPKIT，请记得引用哦！

V. Wang, N. Xu, J.-C. Liu, G. Tang, W.-T. Geng, VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code, Computer Physics Communications 267, 108033, (2021), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033

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