提供英文：最新VASP磁性计算总结篇

2020年11月19日发(作者：闵桂荣)
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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 ！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MAG MOM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_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。

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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 ! 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：
http:vaspMAGMOM_#incar-magmom

LNON COLLINEAR:http:vaspLNONCOLLINEAR_tag
.html

LSORBIT-tag http:vaspLSORBIT_


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？

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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s pin-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）
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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-P BE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< br>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:

cp

在修改

CPP =$$(CPP_) -DMPI -DHOST=

-DCACHE_SIZE=5000 -DPGF90 -Davoidalloc -DNGZhalf

-DMPI_BLOCK=262144 -Duse_collective -DscaLAPACK

-DRPROMU_DGEMV -DRACCMU_DGEMV

中去掉-DNGZhalf

然后 make -f 得到 vasp ，并 mv vasp
.neb






MAE（磁各向异性能）-非共线磁矩计算
SYSTEM = FeGra
LREAL= Auto
ALGO=Fast
IALGO=48

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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

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