【摘要】 麦克马斯特大学(McMaster University)的理查德·巴德(Richard Bader)发明了一种将分子分解为原子的直观方法。

麦克马斯特大学(McMaster University)的理查德·巴德(Richard Bader)发明了一种将分子分解为原子的直观方法。他对原子的定义是基于电荷密度，使用所谓的零通量面来分裂原子。其中，零通量表面是一个二维表面，其电荷密度是垂直于表面的最小值。通常在分子系统中，原子之间的电荷密度达到最小，这是原子彼此分离的自然位置。

 

除了作为一种直观的方案来可视化分子中的原子，Bader的定义通常对电荷分析很有用。例如，封闭在巴德体积内的电荷是一个很好的近似于一个原子的总电子电荷。电荷分布可用于确定相互作用的原子或分子的多极矩。

 

我们在分析结构的电荷特性时，经常利用VASP计算bader电荷，从而可以得到原子周围的电子数，从而近似得到原子的化合价。今天，简要介绍如何通过第一性原理来计算Bader电荷，具体操作如下：

 

步骤一：结构优化，得到稳定的结构

 

步骤二：静态计算

 

设置LCHG=TRUE， LAECHG=TRUE，计算结束可以得到CHGCAR，AECCAR0，ACECAR1，AECCAR2文件

 

其中：CHGCAR是基于赝势计算得到的价电子电荷密度，在芯电子的位置不能表现出波函数的节点特性；AECCAR0是指芯电子电荷密度，AECCAR1是初始的价层电子电荷密度，AECCAR2是SCF收敛之后的价层电子电荷密度。

 

步骤三：后处理Bader电荷

 

1）将chgsum.pl和bader两个脚本文件放在~/bin目录下；

 

2）在计算目录下，执行命令：chgsum.pl AECCAR0 AECCAR2

会有以下的输出结果：

 

 

结束后，就可以得到CHGCAR_sum这个文件；

 

3）接着执行命令：./bader CHGCAR -ref CHGCAR_sum

会有以下的输出结果：

 

 

*chgsum.pl和bader脚本文件获取方式见文末

 

结束后，会产生ACF.dat，BCF.dat，AVF.dat文件，其中ACF.dat是包含价电子的电荷信息，一般都是查看此文件的结果，如下图所示：

 

 

第一列，是原子的序号，这和POSCAR中原子的顺序一致。每个原子的电荷大小是CHGCAR这一列所对应的数值，这是原子价层电子中的电子总数。我们想要分析原子得失电子的情况，则需要减去计算所用的赝势（POTCAR）中的电子数。

 

以上图为例：1-2是H原子，0.392-1=-0.608，说明H失去0.608个电子；3-4是N原子，6.524-5=1.524，说明N得到1.524个电子。

 

脚本获取

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