File Input VASP: Panduan Praktis dan Rule of Thumb untuk Pemula DFT

Ketika pertama kali menggunakan VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), salah satu sumber kebingungan terbesar bukanlah teori DFT, melainkan empat file input utama yang wajib disiapkan dengan benar:

• POSCAR
• POTCAR
• INCAR
• KPOINTS

Artikel ini membahas fungsi masing-masing file, cara berpikir saat menyusunnya, serta rule of thumb yang bisa dijadikan pegangan praktis agar terhindar dari kesalahan umum.

Gambaran Besar: Empat File, Empat Peran

Cara termudah memahami VASP adalah dengan membagi tanggung jawab tiap file:

File | Fungsi utama POSCAR | Struktur & posisi atom POTCAR | Identitas fisika atom KPOINTS | Sampling k-space INCAR | Parameter & algoritma

Rule of thumb: Jika hasil VASP aneh, 90% penyebabnya ada di INCAR, KPOINTS, atau urutan POTCAR, bukan di POSCAR.

1. POSCAR — Struktur dan Geometri Sistem

POSCAR memberi tahu:

• ukuran & bentuk kotak (lattice vectors) → 3 vektor a, b, c
• jenis atom (misal: B N)
• berapa banyak tiap atom
• posisi tiap atom di dalam kotak
• Direct vs Cartesian (paling penting) Direct (fractional): posisi ditulis sebagai persentase dari vektor kotak Contoh 0.25 0.25 0.25 artinya 25% ke arah a, 25% ke arah b, 25% ke arah c. Cartesian: posisi ditulis dalam koordinat xyz (Å). Analogi: Direct itu seperti “posisi kamar di hotel: 1/4 koridor, 1/4 koridor…”, Cartesian itu “posisinya 1.27 meter ke kanan, 0.98 ke depan…”.
• Selective dynamics Kalau ada baris Selective dynamics, tiap atom bisa dikasih “boleh bergerak / dikunci”. T T T = bebas bergerak F F F = dikunci Dipakai kalau misalnya kamu mau:
• permukaan bawah slab dikunci
• atom jauh dari defect tidak perlu relaks

Gambar 1. POSCAR file with full description, source:https://vasp.at/wiki/File:Poscar.png

2. POTCAR — Identitas fisika atom + pseudopotential

Kalau POSCAR cuma bilang “ini atom Mg, O”, maka POTCAR isinya:

• parameter PAW / pseudopotential untuk tiap unsur
• info elektron valensi mana yang dihitung eksplisit

Rule of thumb

• POTCAR menentukan fisika atom, bukan POSCAR
• POSCAR cuma “label”, POTCAR yang benar-benar dipakai VASP

Pegangan cepat:

✔ Urutan POTCAR harus sama dengan urutan unsur di POSCAR ✔ Jangan campur PAW lama & baru ✔ Cek ENMAX di POTCAR → ini dasar ENCUT

ENCUT rule ENCUT ≥ 1.3 × max(ENMAX) Kalau mau aman banget → 1.5× max(ENMAX)

POTCAR ini dapat dipanggil sesuai dengan direktori penyimpanan folder potensial (misal disini pathnya di home/pot, maka dapat dipanggil pada terminal:

 cat ~/pot/Al/POTCAR ~/pot/C/POTCAR ~/pot/H/POTCAR > POTCAR

pemanggilan tsb. juga berdasarkan urutan atom pada file POSCAR , potensial PAW ini didapat dari licence VASP nya.

3. KPOINTS = “Seberapa rapat kamu ‘sampling’ ruang reciprocal”

Elektron dalam kristal punya sifat periodik → dihitung di ruang reciprocal (k-space). Tapi kita nggak bisa cek semua k (tak terhingga), jadi kita sampling pakai beberapa titik.

KPOINTS menentukan:

• berapa banyak titik k
• polanya (Gamma-centered / Monkhorst-Pack / line-mode untuk band)

Rule of thumb

Sel besar → k-point sedikit Sel kecil → k-point banyak

Jangan lakukan ini :

❌ Line-mode untuk SCF

❌ Monkhorst-Pack genap pada fcc

❌ KSPACING untuk produksi final

💡 Rule aman: Gamma-centered mesh dulu

ini rekomendasi KPOINT untuk kalkulasi bands (line-mode):

Build the KPOINTS based on this template:

k points along high symmetry lines
 40              ! number of points per line
line mode
fractional
  0    0    0    Γ
  0.5  0.5  0    X

  0.5  0.5  0    X
  0.5  0.75 0.25 W

  0.5  0.75 0.25 W
  0    0    0    Γ

Here is an example of a hexagonal structure:
k-points along high symmetry lines for hexagonal structure
 40
line
reciprocal
0.000    0.000    0.500  A
0.000    0.000    0.000  Gamma

0.000    0.000    0.000  Gamma 
0.500    0.000    0.000  M

0.500    0.000    0.000  M
0.333333 0.333333 0.000  K 

0.333333 0.333333 0.000  K
0.000    0.000    0.000  Gamma

4. INCAR = “Instruksi kerja: mau ngapain & gimana caranya”

Kalau POSCAR = bentuk & isi kotak, POTCAR = identitas atom, maka INCAR itu seperti “settingan game/simulasi”.

Di INCAR kamu tentukan:

• jenis kalkulasi: relax? SCF statik? band structure? MD?
• akurasi: ENCUT, EDIFF, dll
• cara relaksasi ion: IBRION, NSW, EDIFFG
• smearing: ISMEAR, SIGMA
• pengaturan performa: KPAR, NCORE, LREAL (benchmark kalkulasi)

Intinya: INCAR menentukan “algoritma & parameter” yang dipakai VASP.

Rule of Thumb settingan INCAR:

Relax struktur (bulk)
IBRION = 2      # CG, stabil
NSW    = 50–100
EDIFFG = -0.02  # gaya < 0.02 eV/Å
ISIF   = 3      # atom + sel bebas

SCF Statik
NSW    = 0
IBRION = -1
EDIFF  = 1E-6

DOS
ICHARG = 11
k-point = 12×12×12
LORBIT = 11 #buat munculin PDOS
NEDOS  = 2000
ISMEAR = −5

Band structure
ICHARG = 11     # pakai densitas lama
NSW    = 0

KPOINTS = Γ → X → M → Γ

Smearing rule:

❗ Salah smearing = band gap & energi kacau

#Workflow standar (ikuti ini, jarang gagal)

Step 1 — Relax

• POSCAR awal
• KPOINTS cukup, bukan super rapat
• INCAR relax

➡ hasil: CONTCAR

Step 2 — SCF statik

• POSCAR = CONTCAR
• KPOINTS lebih rapat
• NSW = 0

➡ hasil: CHGCAR, WAVECAR

Step 3 — DOS / Band

• pakai densitas dari SCF
• band → KPOINTS line-mode + ICHARG=11

penjelasan workflow lebih lengkap akan dibuatkan artikel sendiri.

STAY TUNE!!!