VASP計(jì)算非線性磁矩和磁各向異性能（自旋軌道耦合）小結(jié)

320科技工作室

2020年10月2日 12:01

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非線性磁矩計(jì)算：

1）計(jì)算非磁性基態(tài)產(chǎn)生WA.VECAR和CHGCAR.文件。

2）然后INCAR中加上

ISPIN=2

ICHARG=1 或 11 ！讀取WA.VECAR和CHGCAR.文件

LNONCOLLINEAR=.TRUE.

MAGMOM=

注意：①對于非線性磁矩計(jì)算，要在x, y 和 z方向分別加上磁矩，如

MAGMOM = 1 0 0 0 1 0 ！表示第一個(gè)原子在x方向，第二個(gè)原子的y方向有磁矩

②在任何時(shí)候，指定MAGMOM值的前提是ICHARG=2（沒有WA.VECAR和CHGCAR.文件）或者ICHARG=1 或11（有WA.VECAR和CHGCAR.文件），但是前一步的計(jì)算是非磁性的（ISPIN=1）。

磁各向異性能（自旋軌道耦合）計(jì)算：

注意： LSORBIT=.TRUE. 會(huì)自動(dòng)打開LNONCOLLINEAR= .TRUE.選項(xiàng)，且自旋軌道計(jì)算只適用于PAW贗勢，不適于超軟贗勢。

自旋軌道耦合效應(yīng)就意味著能量對磁矩的方向存在依賴，即存在磁各向異性能（MAE），所以要定義初始磁矩的方向。如下：

LSORBIT = .TRUE.

SAXIS = s_x s_y s_z (quantisation axis for spin)

默認(rèn)值： SAXIS=(0+,0,1)，即x方向有正的無限小的磁矩，Z方向有磁矩。

要使初始的磁矩方向平行于選定方向，有以下兩種方法：

MAGMOM = x y z ! local magnetic moment in x,y,z

SAXIS = 0 0 1 ! quantisation axis parallel to z

MAGMOM = 0 0 total_magnetic_moment ! local magnetic moment parallel to SAXIS （注意每個(gè)原子分別指定）

SAXIS = x y z ! quantisation axis parallel to vector (x,y,z)，如 0 0 1

兩種方法原則上應(yīng)該是等價(jià)的，但是實(shí)際上第二種方法更精確。第二種方法允許讀取已存在的WA.VECAR（來自線性或者非磁性計(jì)算）文件，并且繼續(xù)另一個(gè)自旋方向的計(jì)算（改變SAXIS 值而MAGMOM保持不變）。當(dāng)讀取一個(gè)非線性磁矩計(jì)算的WA.VECAR時(shí)，自旋方向會(huì)指定平行于SAXIS。

計(jì)算磁各向異性的推薦步驟是：

1）首先計(jì)算線性磁矩以產(chǎn)生WA.VECAR 和 CHGCAR.文件（注意加入LMAXMIX）。

2）然后INCAR中加入：

LSORBIT = .TRUE.

ICHARG = 11 ! non selfconsistent run, read CHGCAR

!或 ICHARG ==1 優(yōu)化到易磁化軸，但此時(shí)應(yīng)提高EDIFF的精度

LMAXMIX = 4 ! for d elements increase LMAXMIX to 4, f: LMAXMIX = 6

! you need to set LMAXMIX already in the collinear calculation

SAXIS = x y z ! direction of the magnetic field 如 0 0 1

NBANDS = 2 * number of bands of collinear run ！ grep NBANDS OUTCAR

ISYM=0 ！switch off symmetry (ISYM=0) when spin orbit coupling is selected

GGA_COMPAT=.FALSE. ！ it improves the numerical precision of GGA for non collinear calculations

LORBMOM=.TRUE. !計(jì)算軌道磁矩

繼續(xù)計(jì)算，VASP會(huì)讀取WA.VECAR 和 CHGCAR將自旋量子化方向（磁場方向）平行于SAXIS方向。

最后可以比較各個(gè)方向磁矩時(shí)能量的不同。

注意：第二步使用自洽計(jì)算(ICHARG=1)原則上也是可以的，但是初始平行于SAXIS的磁場發(fā)生旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到基態(tài)，如平行于易磁化軸，但這個(gè)過程會(huì)很慢且能量變化很小，而且如果收斂標(biāo)準(zhǔn)不是很嚴(yán)格的話，自洽計(jì)算會(huì)在未達(dá)到基態(tài)就停止。

注意： VASP的輸入輸出的磁矩和類自旋量都會(huì)按照這個(gè)SAXIS方向，包括INCAR中的

MAGMOM行，OUTCAR和PROCAR.文件中的總磁矩和局域磁矩，WA.VECAR中的類自旋軌道和CHGCAR中的磁性密度。

MAGMOM-tag：http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/MAGMOM_tag.html#incar-magmom

LNONCOLLINEAR:http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/LNONCOLLINEAR_tag.html

LSORBIT-tag http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/LSORBIT_tag.html

2)SOC版本:

cp makefile.mpi makefile.soc

在makefile.soc修改

CPP =$(CPP_) -DMPI -DHOST=\"LinuxIFC\" -DIFC \

-DCACHE_SIZE=5000 -DPGF90 -Davoidalloc -DNGZhalf \

-DMPI_BLOCK=262144 -Duse_collective -DscaLAPACK \

-DRPROMU_DGEMV -DRACCMU_DGEMV