VASP計算非線性磁矩和磁各向異效能（自旋軌道耦合）小結

非線性磁矩計算：

        1）計算非磁性基態產生WA.VECAR和CHGCAR.檔案。

        2）然後INCAR中加上

                ISPIN=2

                ICHARG=1 或 11  ！讀取WA.VECAR和CHGCAR.檔案

                LNONCOLLINEAR=.TRUE.

                MAGMOM= 

注意：①對於非線性磁矩計算，要在x, y 和 z方向分別加上磁矩，如

MAGMOM = 1 0 0  0 1 0   ！表示第一個原子在x方向，第二個原子的y方向有磁矩

②在任何時候，指定MAGMOM值的前提是ICHARG=2（沒有WA.VECAR和CHGCAR.檔案）或者ICHARG=1 或11（有WA.VECAR和CHGCAR.檔案），但是前一步的計算是非磁性的（ISPIN=1）。

 

磁各向異效能（自旋軌道耦合）計算：

注意： LSORBIT=.TRUE. 會自動開啟LNONCOLLINEAR= .TRUE.選項，且自旋軌道計算只適用於PAW贗勢，不適於超軟贗勢。

自旋軌道耦合效應就意味著能量對磁矩的方向存在依賴，即存在磁各向異效能（MAE），所以要定義初始磁矩的方向。如下：

               LSORBIT = .TRUE.

              SAXIS = s_x s_y s_z (quantisation axis for spin)

預設值： SAXIS=(0+,0,1)，即x方向有正的無限小的磁矩，Z方向有磁矩。

 

要使初始的磁矩方向平行於選定方向，有以下兩種方法：

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 （注意每個原子分別指定）

SAXIS = x y z ! quantisation axis parallel to vector (x,y,z)，如 0 0 1 

兩種方法原則上應該是等價的，但是實際上第二種方法更精確。第二種方法允許讀取已存在的WA.VECAR（來自線性或者非磁性計算）檔案，並且繼續另一個自旋方向的計算（改變SAXIS 值而MAGMOM保持不變）。當讀取一個非線性磁矩計算的WA.VECAR時，自旋方向會指定平行於SAXIS。

 

計算磁各向異性的推薦步驟是：

        1）首先計算線性磁矩以產生WA.VECAR 和 CHGCAR.檔案（注意加入LMAXMIX）。

        2）然後INCAR中加入：

        LSORBIT = .TRUE.

        ICHARG = 11 ! non selfconsistent run, read CHGCAR

        !或 ICHARG ==1 優化到易磁化軸，但此時應提高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.  !計算軌道磁矩

 繼續計算，VASP會讀取WA.VECAR 和 CHGCAR將自旋量子化方向（磁場方向）平行於SAXIS方向。

最後可以比較各個方向磁矩時能量的不同。

注意： 第二步使用自洽計算(ICHARG=1)原則上也是可以的，但是初始平行於SAXIS的磁場發生旋轉，直到達到基態，如平行於易磁化軸，但這個過程會很慢且能量變化很小，而且如果收斂標準不是很嚴格的話，自洽計算會在未達到基態就停止。

 

注意： VASP的輸入輸出的磁矩和類自旋量都會按照這個SAXIS方向，包括INCAR中的

 MAGMOM行，OUTCAR和PROCAR.檔案中的總磁矩和局域磁矩，WA.VECAR中的類自旋軌道和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

然後 make -f makefile.soc 得到 vasp ，並 mv vasp vasp.mpi.soc.neb

 

MAE（磁各向異效能）-非共線磁矩計算

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

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