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=2 ICHARG=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 = 1 0 0  0 1 0   ！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 (quantisation axis for spin) 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 = x y z !local magnetic moment in x,y,z SAXIS = 0 0 1 !quantisation axis parallel to z or MAGMOM = 0 0 total_magnetic_moment ! local magnetic moment parallel to SAXIS （注意每个原子分别指定） SAXIS = x y z ! quantisation axis parallel to vector (x,y,z)，如 0 0 1  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 !nonselfconsistent run, read CHGCAR !或 ICHARG ==1 优化到易磁化轴，但此时应提高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.  !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：#incar-magmom LNONCOLLINEAR: LSORBIT-tag  问： 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    =X Y Z  NBANDS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    =X Y Z 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0 0 1方向，是相对实空间笛卡尔坐标系的。一种是SAXIX为0 0 1方向，此时MAGMOM为任意方向，另外一种是MAGMOM均为 0 0 z或0 0 -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 -f makefile.soc得到vasp，并 mvvaspvasp.mpi.soc.neb MAE（磁各向异性能）-非共线磁矩计算 SYSTEM = Fe/Gra LREAL= Auto ALGO=Fast IALGO=48 ISYM = 0 ISTART = 1  ICHARG = 11 ENCUT = 500 NPAR=2 ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.2 GGA=91;  VOSKOWN=1 GGA_COMPAT=.FALSE. ISPIN=2 #MAGMOM=1*5  2*0  1*4 LORBIT = 11 LNONCOLLINEAR=.TRUE. LSORBIT=.TRUE LORBMOM=.TRUE SAXIS= 0 0 1 MAGMOM=0 0 0  0 0 0  0 0 4 LMAXMIX = 4 IBRION =2 LWAVE=.F; LCHARG=.F EDIFF = 1E-5 ; EDIFFG = -0.001