VASP磁性计算总结篇

以下是从VASP在线说明书整理出来的非线性磁矩和自旋轨道耦合的计算说明。非线性磁矩计算：1）计算非磁性基态产生WAVECAR和CHGCAR文件。2）然后INCAR中加上ISPIN=2ICHARG=1或11！读取WAVECAR和CHGCAR文件LNONCOLLINEAR=.TRUE.MAGMOM=注意：①对于非线性磁矩计算，要在x,y和z方向分别加上磁矩，如MAGMOM=100010！表示第一个原子在x方向，第二个原子的y方向有磁矩②在任何时候，指定MAGMOM值的前提是ICHARG=2（没有WAVECAR和CHGCAR文件）或者ICHARG=1或11（有WAVECAR和CHGCAR文件），但是前一步的计算是非磁性的（ISPIN=1）。磁各向异性能（自旋轨道耦合）计算：注意：LSORBIT=.TRUE.会自动打开LNONCOLLINEAR=.TRUE.选项，且自旋轨道计算只适用于PAW赝势，不适于超软赝势。自旋轨道耦合效应就意味着能量对磁矩的方向存在依赖，即存在磁各向异性能（MAE），所以要定义初始磁矩的方向。如下：LSORBIT=.TRUE.SAXIS=s_xs_ys_z(quantisationaxisforspin)默认值：SAXIS=(0+,0,1)，即x方向有正的无限小的磁矩，Z方向有磁矩。要使初始的磁矩方向平行于选定方向，有以下两种方法：MAGMOM=xyz!localmagneticmomentinx,y,zSAXIS=001!quantisationaxisparalleltozorMAGMOM=00total_magnetic_moment!localmagneticmomentparalleltoSAXIS（注意每个原子分别指定）SAXIS=xyz!quantisationaxisparalleltovector(x,y,z)，如001两种方法原则上应该是等价的，但是实际上第二种方法更精确。第二种方法允许读取已存在的WAVECAR（来自线性或者非磁性计算）文件，并且继续另一个自旋方向的计算（改变SAXIS值而MAGMOM保持不变）。当读取一个非线性磁矩计算的WAVECAR时，自旋方向会指定平行于SAXIS。计算磁各向异性的推荐步骤是：1）首先计算线性磁矩以产生WAVECAR和CHGCAR文件（注意加入LMAXMIX）。2）然后INCAR中加入：LSORBIT=.TRUE.ICHARG=11!nonselfconsistentrun,readCHGCAR!或ICHARG==1优化到易磁化轴，但此时应提高EDIFF的精度LMAXMIX=4!fordelementsincreaseLMAXMIXto4,f:LMAXMIX=6!youneedtosetLMAXMIXalreadyinthecollinearcalculationSAXIS=xyz!directionofthemagneticfield如001NBANDS=2*numberofbandsofcollinearrun！grepNBANDSOUTCARISYM=0！switchoffsymmetry(ISYM=0)whenspinorbitcouplingisselectedGGA_COMPAT=.FALSE.！itimprovesthenumericalprecisionofGGAfornoncollinearcalculationsLORBMOM=.TRUE.!计算轨道磁矩继续计算，VASP会读取WAVECAR和CHGCAR将自旋量子化方向（磁场方向）平行于SAXIS方向。最后可以比较各个方向磁矩时能量的不同。注意：第二步使用自洽计算(ICHARG=1)原则上也是可以的，但是初始平行于SAXIS的磁场发生旋转，直到达到基态，如平行于易磁化轴，但这个过程会很慢且能量变化很小，而且如果收敛标准不是很严格的话，自洽计算会在未达到基态就停止。注意：VASP的输入输出的磁矩和类自旋量都会按照这个SAXIS方向，包括INCAR中的MAGMOM行，OUTCAR和PROCAR文件中的总磁矩和局域磁矩，WAVECAR中的类自旋轨道和CHGCAR中的磁性密度。MAGMOM-tag：:://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/LSORBIT_tag.html问题：①第一步线性计算得到WAVECAR和CHGCAR文件，必须是静态计算的WAVECAR和CHGCAR文件吗？动态优化的可不可以？静态计算需要使用NUPDOWN锁定磁矩吗？②进行非线性磁矩或自旋轨道耦合计算的时候，结构需不需要重新优化？我现在的做法是：先加入LMAXMIX=4结构优化，然后仍然使用LMAXMIX=4静态计算（ICHARG=2，LWAVE=.TRUE.，LCHARG=.TRUE.），然后进行高收敛标准的静态的soc自洽计算来考虑soc的影响，也不知对不对。spin-orbit计算求助！最近用spin-orbit计算体系的磁性总是出错，现将计算过程中的一些问题和疑惑贴出来，求大虾解答：1.用spin-orbit与spin-polarizedINCAR文件的不同有哪些？除了需要加LSORBIT=.TRUE.SAXIS=XYZNBANDS变为共线的两倍，MAGMON也变为xyz方向之外需不需要加GGA_COMPAT=.FALSE.ISYM=0呢？（这是在VASP手册上看到的）2.自旋量子轴SAXIS=XYZ应该怎么设置啊？应该与体系晶格结构有关，轴的设置应该根据实空间晶格设置呢，还是根据倒空间晶格设置呢，求举例！3.根据VASP手册上提供的方法，计算spin-orbit之前应该先计算共线情况下的WAVECAR和CHGCAR,然后再开始spin-orbit的计算。但是我在计算的时候导入之前计算的WAVECAR和CHGCAR，计算总会出错，不知道是什么原因？是不是应该计算非共线情况下的WAVECAR和CHGCAR，然后再计算spin-orbit呢？4.计算spin-orbit需不需要使用超胞呢？（掺杂或者不掺杂的情况下）使用超胞的计算结果该怎么分析呢？5.计算spin-orbit对赝势（譬如GGA-PBE等）有没有要求，对算法（譬如ALGO=Normal、ALGO=Damped等），对计算精度等有没有要求？回答1.ISYM=0在打开SO时要加，用GGA交换泛函时需要用GGA_COMPAT=.FALSE.改善精度。2.SAXIS和MAGMOM有两种常用设置，手册上有介绍，默认是001方向，是相对实空间笛卡尔坐标系的。一种是SAXIX为001方向，此时MAGMOM为任意方向，另外一种是MAGMOM均为00z或00-z方向，SAXIX为任意方向，第二种允许读取先前存在的共线或非共线电荷密度和波函数，且精度更高。3.导入之前计算的WAVECAR和CHGCAR出错原因是KPOINTS在SO打开时对称性发生变化。你可以用SO生成的IBZKPT,然后拷贝为KPOINTS,重新计算WAVECAR和CHGCAR，然后再读取就可以了。4.不需要用超胞！5.SO只支持PAW赝势，对精度要求高，能量精度EDIFF一般为10^-7eV.2)SOC版本:cpmakefile.mpimakefile.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中去掉-DNGZhalf然后make-fmakefile.soc得到vasp，并mvvaspvasp.mpi.soc.nebMAE（磁各向异性能）-非共线磁矩计算SYSTEM=Fe/GraLREAL=AutoALGO=FastIALGO=48ISYM=0ISTART=1ICHARG=11ENCUT=500NPAR=2ISMEAR=0;SIGMA=0.2GGA=91;VOSKOWN=1GGA_COMPAT=.FALSE.ISPIN=2#MAGMOM=1*52*01*4LORBIT=11LNONCOLLINEAR=.TRUE.LSORBIT=.TRUELORBMOM=.TRUESAXIS=001MAGMOM=000000004LMAXMIX=4IBRION=2LWAVE=.F;LCHARG=.FEDIFF=1E-5;EDIFFG=-0.001