【摘要】 电荷密度差分（Charge density difference）是研究电子结构的重要手段之一。

电荷密度差分（Charge density difference）是研究电子结构的重要手段之一。可以直观的得到各个片段相互作用后的电子流向，或者原子形成分子过程中电子密度的变化、探究化学键的本质。

 

目前对于电荷密度差分，有以下三种表现形式：

 

1.体系的电荷密度减去组成它的各个片段的电荷密度。例如，片段A和片段B组成体系AB，其电荷密度差分的计算为：

 

 

2.自洽（SCF）收敛以后，体系的电荷密度减去组成它的各个原子在自由状态下的球对称的电荷密度，也称为变形电荷密度（Deformation charge density）。例如在体系AB中，其变形电荷密度的计算为：

 

 

3.体系在一个状态的电荷密度减去在另一个状态的电荷密度。例如：外加电场作用下的电荷密度减去没有外势场的电荷密度；以及，激发态的电荷密度减去基态的电荷密度。其计算表达式为：

 

 

在文献报导中，我们经常看到计算电荷密度差分（Charge density difference），用来分析成键的过程以及结构弛豫前后电荷的转移情况。今天，给大家说明如何通过VASP计算第一种表现形式的电荷密度差分，并且绘制电荷密度差分图。


电荷密度差分文件可以通过VESTA软件来操作获取，也可以直接通过vaspkit得到CHGDIFF.vasp文件。我们以通过vaspkit后处理来展示，具体操作可以查看：

vaspkit/Tutorials/Density related/Charge Density Difference

 

具体计算过程如下：

 

步骤一：优化结构

 

优化AB体系的结构，然后对AB结构进行单点能计算，得到AB的电荷密度（此时也可以一步到位，直接输出CHGCAR文件）

 

步骤二：单点能计算

 

分别对片段A和片段B进行单点能计算，得到片段A和片段B的电荷密度（计算输入文件，除了POSCAR和POTCAR不一样，其他的都一样）

注意：此时片段A和片段B的结构直接从AB中获取，保持和AB中的原子坐标一致，不再进行结构优化。

 

步骤三：计算电荷差分

 

运行vaspkit，选择314，做电荷差分，根据提示依次输入AB体系， 片段A和片段B的CHGCAR文件所在的位置，就可以得到CHGDIFF.vasp文件。

 

 

步骤四：绘制电荷差分图

 

将上一步得到的CHGDIFF.vasp在VESTA中打开，可以得到下图所示的显示图。其中，青色部分表示电荷密度减小，黄色部分表示电荷密度增加。

 

 

参考文献：

 

[1] Meng R,  Deng Q ,  Peng C , et al. Two-dimensional organic-inorganic heterostructures of in situ-grown layered COF on Ti3C2 MXene nanosheets for lithium-sulfur batteries[J]. Nano Today, 2020, 35:100991.

 

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