VASP计算非线性磁矩和磁各向异性能（自旋轨道耦合）小结

非线性磁矩计算：

        1）计算非磁性基态产生WA.VECAR和CHGCAR.文件。

        2）然后INCAR中加上

                ISPIN=2

                ICHARG=1 或 11  ！读取WA.VECAR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   ！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_x s_y s_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WA.VECAR（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WA.VECAR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 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WA.VECAR 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，WA.VECAR中的类自旋轨道和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

中去掉-DNGZhalf

然后 make -f makefile.soc 得到 vasp ，并 mv vasp vasp.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

LWA.VE=.F; LCHARG=.F

EDIFF = 1E-5 ; EDIFFG = -0.001

最后，有需求欢迎通过微信公众号联系我们。

微信公众号：320科技工作室。