vasp在计算磁性的实例和讨论

兄弟，问3个问题 1，vasp在计算磁性的时候，oszicar中得到的磁矩和outcar中得到各原子磁矩之和不一致，在投稿的是否曾碰到有审稿人质疑，对于这个不一致你们一般是怎么解释的了？ 2，另外，磁性计算应该比较负责。你应该还使用别的程序计算过磁性，与vasp结果比较是否一致，对磁性计算采用的程序有什么推荐。 ps：由于曾使用vasp和dmol算过非周期体系磁性，结构对磁性影响非常大，因此使用这两个程序计算的磁性要一致很麻烦。还不敢确定到底是哪个程序可能不可靠。 3，如果采用vasp计算磁性，对采用的方法和设置有什么推荐。 1， OSZICAR中得到的磁矩是OUTCAR中最后一步得到的总磁矩是相等的。总磁矩和各原子的磁矩(RMT球内的磁矩)之和之差就是间隙区的磁矩。因为有间隙区存在,不一致是正常的。 2，如果算磁性，全电子的结果更精确，我的一些计算结果显示磁性原子对在最近邻的位置时，PAW与FPLAW给出的能量差不一致，在长程时符合的很好。虽然并没有改变定性结论。感觉PAW似乎不能很好地描述较强耦合。我试图在找出原因，主要使用exciting和vasp做比较。计算磁性推荐使用FP-LAPW, FP-LMTO, FPLO很吸引人(不过是商业的)，后者是O(N)算法。 3，使用vasp计算磁性，注意不同的初始磁矩是否收敛为同一个磁矩。倒没有特别要注意的地方，个人认为。 归根结底，需要一个优秀的交换关联形式出现 VASP计算是否也是像计算DOS和能带一样要进行三步（结构优化，静态自洽计算，非自洽计算），然后看最后一步的出的磁矩呢？ 一直想计算固体中某个原子的磁矩，根据OUTCAR的结果似乎不能分析，因为它里面总磁矩跟OSZICAR的值有一定的差别，据说是OUTCAR中只考虑WS半径内磁矩造成的。最近看到一个帖子说是可以用bader电荷分析方法分析原子磁矩。如法炮制之后发现给出的总磁矩与OSZICAR的结果符合的甚好，可是觉得没有根据，有谁知道这样做的依据吗，欢迎讨论！ 设置ISPIN=2计算得到的态密度成为自旋态密度。 设置ISPIN=2就可以计算磁性，铁磁和反铁磁在MAG里设置。最后得到的DOS是分up和down的。 磁性计算 　(2006-12-03 21:02) · 标签： - 　分类： Vasp ·磁性计算     顺磁，意味进行non-spin polarized的计算，也就是ISPIN=1。 铁磁，意味进行spin-polarized的计算，ISPIN=2，而且每个磁性原子的初始磁矩设置为一样的值，也就是磁性原子的MAGMOM设置为一样的值。对非磁性原子也可以设置成一样的非零值（与磁性原子的一样）或零，最后收敛的结果，非磁性原子的local磁矩很小， 快接近0，很小的情况，很可能意味着真的是非磁性原子也会被极化而出现很小的local磁矩。   反铁磁，也意味着要进行spin-polarized的计算，ISPIN=2，这是需采用反铁磁的磁胞来进行计算，意味着此时计算所采用的晶胞不再是铁磁计算时的最小原胞。比如对铁晶体的铁磁状态，你可以采用bcc的原胞来计算，但是在进行反铁磁的Fe计算，这是你需要采用sc的结构来计算，计算的晶胞中包括两个原子，你要设置一个原子的MAGMOM为正的， 另一个原子的MAGMOM设置为负，但是它们的绝对值一样。因此在进行反铁磁的计算时， 应该确定好反铁磁的磁胞，以及磁序，要判断哪种磁序和磁胞是最可能的反铁磁状态， 那只能是先做好各种可能的排列组合，然后分别计算这些可能组合的情况，最后比较它们的总能，总能最低的就是可能的磁序。同样也可以与它们同铁磁或顺磁的进行比较。了解到该材料究竟是铁磁的、还是顺磁或反铁磁的。 亚铁磁，也意味要进行spin-polarized的计算，ISPIN=2，与反铁磁的计算类似，不同的是 原子正负磁矩的绝对值不是样大。 非共线的磁性，那需采用专门的non-collinear的来进行计算，除了要设置ISPIN，MAGMOM的设置还需要指定每个原子在x,y,z方向上的大小。这种情况会复杂一些。 参杂Co原子的CdS稀磁半导体的态密度计算1. 2. 3 1. 结构优化 System = CdS ENCUT =500; ISTART= 0; ICHARG= 2; GGA = 91; ISPIN=2 VOSKOWN=1 ISMEAR = -5; SIGMA = 0.1; NSW=165 IBRION = 2; ISIF = 3; POTIM = 0.2; EDIFF = 1E-4; EDIFFG = -1E-2; LREAL = Auto PREC = Accurate 2.静态自洽计算得到体系的总磁矩（OZICAR最后一行MAG=） System = CdS-Co ENCUT =500; ISTART= 0; ICHARG= 2; GGA = 91; ISMEAR = -5; SIGMA = 0.1; ISPIN= 2 VOSKOWN= 1 #NSW=165 #IBRION = 1; #ISIF = 3; #POTIM = 0.2; EDIFF = 1E-5; EDIFFG = -1E-3; LREAL=Auto PREC = Accurate 3.静态非自洽计算得到自旋态密度以及体系的总磁矩（OZICAR最后一行MAG=）磁矩与2中的相同 System = CdS-Co ENCUT =500; ISTART= 0; ICHARG= 11; GGA = 91; ISMEAR = -5; SIGMA = 0.1; ISPIN= 2 VOSKOWN= 1 LORBIT= 10 #NSW=165 #IBRION = 2; #ISIF = 3; #POTIM = 0.2; EDIFF = 1E-5; EDIFFG = -1E-3; LREAL=Auto PREC = Accurate NPAR= 1 做铁磁计算或者反铁磁计算需加MAGMOM参数 晶胞中只有一种原子时： MAGMOM= 2m*3 铁磁计算 （2m是总的原子数，3是每个原子初始磁矩的大小） MAGMOM=m*-3 m*3反铁磁计算 Types of spin ordering in perovskite oxides 铁磁 FM 反铁磁AFM A-type:         The intra-plane coupling is ferromagnetic while inter-plane coupling is antiferromagnetic. C-type:         The intra-plane coupling is antiferromagnetic while inter-plane coupling is ferromagnetic. G-type:         Both intra-plane and inter-plane coupling are antiferromagnetic. 磁结构的计算 标题：[转载]如何用VASP计算铁磁、反铁磁和顺磁 浏览：95  评论：0 顺磁，意味进行non-spin polarized的计算，也就是ISPIN=1。 铁磁，意味进行spin-polarized的计算，ISPIN=2，而且每个磁性原子的初始磁矩设置为一样的值，也就是磁性原子的MAGMOM设置为一样的值。对非磁性原子也可以设置成一样的非零值（与磁性原子的一样）或零，最后收敛的结果，非磁性原子的local磁矩很小，快接近0，很小的情况，很可能意味着真的是非磁性原子也会被极化而出现很小的local磁矩。 反铁磁，也意味着要进行spin-polarized的计算，ISPIN=2，这是需采用反铁磁的磁胞来进行计算，意味着此时计算所采用的晶胞不再是铁磁计算时的最小原胞。比如对铁晶体的铁磁状态，你可以采用bcc的原胞来计算，但是在进行反铁磁的Fe计算，这是你需要采用sc的结构来计算，计算的晶胞中包括两个原子，你要设置一个原子的MAGMOM为正的，另一个原子的MAGMOM设置为负，但是它们的绝对值一样。因此在进行反铁磁的计算时，应该确定好反铁磁的磁胞，以及磁序，要判断哪种磁序和磁胞是最可能的反铁磁状态，那只能是先做好各种可能的排列组合，然后分别计算这些可能组合的情况，最后比较它们的总能，总能最低的就是可能的磁序。同样也可以与它们同铁磁或顺磁的进行比较。了解到该材料究竟是铁磁的、还是顺磁或反铁磁的。 NUPDOWN 设置为一个为非0而且非-1的数，就是相当是将在自洽迭代循环的计算过程加了一个限制，即限制自旋向上和自旋向下的电子数之差为一个固定的值，对应的就是给体系设置一个固定的总磁矩。具体在程序里面实现起来，量子化学的程序(比如Gaussian)和广泛用于固体物理的第一原理程序(比如WIEN2K)略有不同。 亚铁, 结构, 原子, 磁矩, 整数 最近遇到一个问题，如何计算不同的磁性结构？如铁磁结构，反铁磁结构，亚铁磁结构。vasp教程上有说明，设置ISPIN=2，MAGMOM=......，这样来说，计算铁磁结构只需要把各个原子的磁矩方向设为一致，如，都为正值就可以了；计算反铁磁结构只需要把不同子子晶格的原子磁矩方向设为相反，如，一正一负就可以了；计算亚铁磁结构或许还要用到NUPDOWN。 但是有个问题，我做了一个亚铁磁结构的计算，初始MAGMOM设置了有正有负的原子磁矩，没有设置NUPDOWN值，而优化出来的结果里各个原子的磁矩却是按同一方向排列的！也就是说没有得到我想要的亚铁磁结构。如果要设置NUPDOWN进行强制总磁矩的话，又不知道这个值该设成多大？ 非常希望各位多给意见，只要是有相关内容的回帖都送金币。 收藏 分享 评分 回复 引用 TOP 定义: 自旋多重度（spin multiplicity）＝2S+1, S=n*1/2,n为单电子数。所以，关键是单电子的数目是多少。 当有偶数个电子时，例如 O2，共有16个电子，那么单电子数目可能是0，即8个alpha和8个beta电子配对，对应单重态，但是也可能是有9个α电子和7个β电子，那么能成对的是7对，还剩2个α没有配对，于是n=2,对应的是多重度3。同理还可以有多重度5，7，9， ...一般而言,是多重度低的能量低,最稳定,所以,一般来说,偶数电子的体系多重度就是1。但是也有例外，如果O2就是一个大家都知道的例子，它的基态是三重态，其单重态反而是激发态。 所以，总结一下，就是 电子数目是偶数，未成对电子数目n=0,2,4,6,...自旋多重度是1,3,5,7,... 电子数目是奇数，未成对电子数目n=1,3,5,7,...自旋多重度是2,4,6,8,... 多数情况是多重度低的能量低，有时（特别是有“磁”性的时候，例如顺磁的O2，以及Fe啊什么的），可能会高多重度的能量低。 在MS中建立的超胞 二、研究思路 计算TiO2掺杂的磁性大体上是分为三步的，几何优化，自恰，性质的计算。 1． 几何优化 TiO2中掺杂我们做的是非金属掺杂的。因此我们只能替代O的位置，几何上的分析表明我们的总共有9种替代的可能，确定了一个替代原子的位置，我们改变另外一个原子的位置就可以得到9种体系（0,1）（0,2）（0,3）（0,4）（0,5）（0,6）（0,7）（0,8）（0,9）。 第一步几何优化就是你掺进去其他的原子不可能让晶格完全不变，那么真正的结构是什么样的就需要我们用一些计算来得到实际中原子分布是怎么样的。我们将原子位置文件输入POSCAR文件，将赝势文件输入到POTCAR文件，将K点的设置放到KPOINT文件，一些其他的设置放到INCAR文件中，4个输入文件齐全了之后就可以进行几何优化的计算了。几何优化的K点要求比较低，用着1x1x1即可。接下来详细讲一下INCAR的设置文件的配置。 System = TiO2 (0,7) ISMEAR = -5 SIGMA = 0.1 ISTART = 0 ICHARG = 2 ISIF = 2 NSW = 99 IBRION = 2 LREAL = Auto LPLANE = .TRUE. EDIFFG = -0.05 这里是我们做(0,7)体系的一个INCAR输入文件，首先system就是一个任务名称，与任务细节无关。ISTART为0表示重新计算，不读入文件。ICHARG为2实际上就是vasp的默认值，我们这里写一下实际上没有实际意义。ISIF为允许调整的项目，为2则不允许更改晶格常数等内容，而只能更改原子位置等。NSW为允许的步骤数，根据我们的设置，计算一般不超过80步，因此设置最大不超过99步，避免浪费资源。IBRION为2是我们的算法为CG算法。LREAL为我们使用真实空间(实际上是由软件自动设定)，这样很大程度上可以加快计算。LPLANE是我们采用集群计算的设置，如果在个人电脑上计算可忽略此步。最后一个参数表示精度要求为0.05当两次迭代之间的差异小于此值则认为符合要求，停止计算，这个要求很低，如果精度要求高的话，应该相应提高。如果重复我们的工作的话，尽量重新键入这些参数，复制过程中可能引入看不见的一些字符导致不能正确读入，可能Tab是不能被接受的，不过没有确切证实。 注意我们做的是磁性的计算，因此还有一个ISPIN是十分重要的，但是在几何优化一步中自旋没有很大的作用，反而会加大运算量，因此我们也特别强调要把几何优化和自恰分开来算。当然如果计算能力够强的话，带自旋进行几何优化也是可以的。我们用了一天多的时间计算出了9种情况的几何优化。 2． 自洽 完成了第一步的几何优化之后，我们将继续应用密度泛函理论计算电荷和电子密度。这一步和上一步的不同主要在于K点的选取不能像刚才这么低，而我们换的是3x3x3，这个数值基本上让我的笔记本是跑不了的，刚开始跑得到就提示内存错误不再继续计算了。接下来的计算还有采用CCMS的计算，我们尝试了两个体系的自恰计算，用时大约是7-8个小时。这一步的计算还要区分顺磁性，铁磁性和反铁磁性的计算，3x9就有27个要计算，计算量还是很大的啊。 在做完几何优化的计算之后我们的很多设置也是要相应的更改的。首先就是从CONTCAR中得到新的原子位置的信息，我们要把这些原子位置的信息复制到POSCAR中，就可以在自恰的计算中使用几何优化的结果。K点要更改KPOINT文件。最重要的是新的INCAR文件要更改不少，这里再贴一个我们的INCAR文件 System = TiO2 (0,7) ISMEAR = -5 SIGMA = 0.1 ISTART = 0 ICHARG = 2 GGA = PE VOSKOWN = 1 ISPIN = 2 MAGMON= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 LREAL = Auto LPLANE = .TRUE PREC = Accurate 增加了GGA的选项，这里可以直接使用我们的设置，采用PE方法，VOSKOWN也是描述这一算法的，计算过的人很多推荐这一设置。ISPIN是个很重要的设置，这里我们必须考虑电子自旋问题，因为我们做的是磁性的计算。接下来我们设置的是所有原子的MAGMON磁矩，Ti和O不涉及磁矩问题，我们这里都设为0,而掺杂的两个N原子，我们这里是铁磁性的设置，使用的值为1,1。反铁磁性设置为1,-1,表示电子反向旋转。PREC表示计算精度，设置为Accurate。 3． 晶体性质 最后一步的工作是计算性质。为了画出精确的DOS和能带图，我们必须把K点设置的很高，这样图像才不会过于失真。因此我们这里选择了6x6x5的k点，也就是说180个K点。INCAR文件的改动不大，只需要增加LORBIT=12即可，表示计算的DOS的项目，12是最丰富的。目前我们只画出了(0,1)(0,3)配置的DOS计算结果。另外，在自定的那个输出文件中最后一点写着mag=1.9916这样的数字，这个应该是磁矩，我们找了很很长时间的磁矩，最后在这里发现了。贴两个绘制出来的DOS图 将最近计算比较成功的非共线磁性的计算步骤写出来，供大家交流 不考虑自旋磁矩与轨道耦合的非共线计算 （1）用有自旋的自洽计算对体系进行结构的优化，INCAR设置如下 NPAR = 4 ISPIN = 2 MAGMOM = 1 54*3 ENCUT = 400.0 Electronic Relaxation 1 ISMEAR = 1 SIGMA = 0.2 NELMIN = 4 NELM = 300 EDIFF = 1E-05 stopping-criterion for ELM Ionic Relaxation 1 NSW = 100 IBRION = 2 EDIFFG = 1E-04 stopping-criterion for ELM DOS related values: ALGO = Fast LORBIT = 11 （2）用优化好的结构进行一步非自旋的静态计算 NPAR = 4 # ISPIN = 2 ENCUT = 400.0 Electronic Relaxation 1 ISMEAR = 1 SIGMA = 0.2 NELMIN = 4 NELM = 300 EDIFF = 1E-05 stopping-criterion for ELM Ionic Relaxation 1 NSW = 0 IBRION = -1 EDIFFG = 1E-04 stopping-criterion for ELM DOS related values: ALGO = Fast LORBIT = 11 （3）进行非共线的自洽计算 NPAR = 4 ENCUT = 400.0 Electronic Relaxation 1 ISMEAR = 1 SIGMA = 0.2 NELMIN = 4 NELM = 300 EDIFF = 1E-05 stopping-criterion for ELM Ionic Relaxation 1 NSW = 100 IBRION = 2 EDIFFG = 1E-04 stopping-criterion for ELM DOS related values: ALGO = Fast LORBIT = 11 ICHARG=1 LNONCOLLINEAR=.True. MAGMOM =0 0 0 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 而考虑自旋和轨道耦合的非共线计算步骤如下 （1）用自旋的自洽计算优化结构，同上 （2）进行非自洽的非共线计算 NPAR = 4 ENCUT = 400.0 Electronic Relaxation 1 ISMEAR = 1 SIGMA = 0.2 NELMIN = 4 NELM = 300 EDIFF = 1E-05 stopping-criterion for ELM Ionic Relaxation 1 NSW = 100 IBRION = 2 EDIFFG = 1E-04 stopping-criterion for ELM DOS related values: ALGO = Fast LORBIT = 11 LNONCOLLINEAR=.True. MAGMOM =0 0 0 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 LSORBIT = .TRUE. ICHARG = 11 LMAXMIX = 4 ISYM=0 GGA_COMPAT=.FALSE. NBANDS = 688 SAXIS = 0 0 1 LORBMOM=.TRUE. 注意在进行SOC的计算时，KPONTTS用的是自旋就算产生的IBZKPT拷贝的。