MS-4.3磁性体系LDA+U计算设置

MS4.3磁性体系LDA＋U计算设置在最新发布的MS版本中增加了LDA＋U的计算，这是MS计算性能特别是CASTEP模块的一次巨大提高，终于解决了已久的d，f轨道带隙分裂问题，也不会再被审稿人轻视认为是简单DFT计算结果了。这里讲解一下MS.43里面element设置方面的问题，我们选择了Fe3O4体系，该体系是铁磁性的，计算该体系主要涉及到两个参数设置，一个是自旋设置（SPinparameters），其次是FeHubbard参数设置。首先介绍需要用到的菜单：打开MS之后看到主菜单，打开如下图所示的菜单：（点击此图，可放大观看）[本帖最后由xbaprs于2008-6-2313:24编辑]附件MS4.3-1.JPG(144.69KB)2008-6-2313:23由于计算体系位Fe3O4，计算采用USPP完成，Fe的USPP价电子参数为3d64s2，O是2s22p4，结构中的磁性主要来自于Fe原子磁矩的定向排列，计算中自旋参数和Hubbard参数主要是针对Fe调整。再建造好Fe3O4结构之后（注MS结构库中包含此结构），为一个面心立方晶格，一个惯用晶胞包含8个Fe3O4单位，因此整个结构有24个Fe原子，32个O。计算可以采用FCC结构的初级晶胞结构，也可以采用惯用晶胞。我们计算采用后者。打开Modify－electronicconfiguration菜单，看到Spin和HubbardU两个子菜单如图：SPin主要是自旋控制参数，由于再铁磁性结构中Fe自旋是高度极化的，因此这个地方设置为Highspinstate，即3d6结构为4个自旋平行同向电子。自旋方向不管是Up还是Down当然不会改变Fe原子自旋极化的性质，但会改变总的磁矩（自旋电子数目，这点会再CASTEP计算参数Spin设置中体现出来，可以尝试把部分Fe原子自旋改成High，SPinup，部分为High，Down，然后查看CASTEP计算控制面板的SPin数值）。附件SpinandHUbbard.JPG(37.13KB)2008-6-2313:36下面按照Fe3O4具体情况设置，Fe自旋为Highspin，方向Up。自旋电子数目＋4，O原子不予考虑。HUbbard带参数设置，主要针对d轨道，Fe的Hubbard参数再CASTEP里面默认数值是2.5eV，根据一些文献也可以选取其他参数，比如再FeO计算文献中选用了6eV，也有用4－5eV的，根据具体计算情况和结果可以调整，这可能会要求计算几次，比较结果。但为了保证结果准确性，是必要的。我们计算选Fe的dU＝5eV。如下所示：元素的电荷这里不需要考虑，实际上一般QM计算原子电荷状态是中性原子状态，再MD计算中，可能对这个参数有要求，或者计算原子必须要带电荷。一般默认即可！附件SpinandHubbardsetting.JPG(38.65KB)2008-6-2313:45接下来进入MSCASTEP计算控制菜单：MS4.3中CASTEP模块功能增加了泛函类型，如增加了HF交换，HF交换＋LDA关联等，增加了LDA＋U计算。在上面的计算中对Fe3O4Fe的参数做了修正，在CASTEP计算控制面板中可以看到默认的自旋电子数目是96个，因为我们采用了惯用晶胞，24个Fe原子，每个自旋电子数目是4个，因此是96。计算中无需再次对此进行设置，默认即可。Hubbard计算参数已经设置，此时只要选中该计算项目即可，需要注意的是LDA＋U计算只支持自旋极化计算模型(spinpolarizedscheme)，并且不能用于应力，NMR，声子谱等的计算，只能用于能量计算任务，而不是结构优化任务。最后设置如下图：附件Calculations-CASTEP.JPG(44.14KB)2008-6-2314:06LDA+U是对平均场计算结果的一个微扰，只不过是对特定的轨道做了一个Coulomb相互作用的修正（On－site），因此这种微扰不会对LDA计算得到的几何结构有太大的改变，只是对电子结构有影响，而且特别是那些d或者f轨道能级分布。因此采用LDA计算结构，得到优化结构，然后引入U对d轨道能级的修正应该来说是不会对平衡结构有太大的影响。LDA+U问题想用castep计算Gd2Co2Al磁性，采用LDA+U。有几点疑惑。1.考察HubbardU设置对体系的影响时，HubbardU设置是对于单个元素而言的，所有元素还都要设置。文献上有一种说法，U=2.5ev、3.0ev...等情况下DOS曲线结果，请问U=2.5ev是对Gd、Co两种元素HubbardU的d项均设为2.5ev？还是怎么设的？2.Gd、Co的HubbardU值可否不同？（问题跟第一个差不多）3.HubbardU设置对能量收敛影响大不大？谢谢。祝大家周末愉快。未命名.jpg(53.18KB)本帖最后由zsl_321123于2010-4-1921:17编辑1.从你提供的图形看，U=2.5应该是两个元素都有的。如果是一种，图形中肯定表明，这是写文章和作图起码要求的，所以单从这一点，也可以推测是两者的（除非文章里特表强调，要是这样的话，此图做的并不是太清楚了。），个人认为是两个元素的。2.这个问题不敢妄下结论，不过感觉问题挺简单的，一般文献肯定有算这个的，楼主好像是用的castep，相关文献应该很多。3.收敛的问题，好像跟这个影响不大。注：个人并没用过LDA+U，也没用castep出国东西，不过就楼主的问题，看上去，都可以慢慢自行解决，不是什么难题，关键还是楼主要真正面对问题，而不是碰到问题，急着去论坛。也许学刚开始都一样，我也走了一些弯路，所以再这里多啰嗦了两句，忘见谅。同意楼上说法。加U值，加多少，加到那些元素，这些应该在文献中有说明的，毕竟U值是有物理意义的，并不单单是为了凑个数，而随意加的。就第二点，加U值，会影响体系的收敛性的，这一点，也可以理解。因为你加了U值，相当于给电子加了一个库仑排斥占位势，有势场，必定伴随着能量的变化，能量对位置的一阶偏导，又对应的是每个原子受到的力，这直接和软件的收敛判据相联系。在原先无U值的条件下，体系达到一种稳态构型，在加U时，必定这个构型会变化，收敛性也会有所变化。我做过VASP的LDA+U，感觉加U后，收敛性变差了，至于CASTEP，没用它加U计算过，所以不敢妄言。个人拙见，仅供参考。不客气，你也不一定要用VASP计算LDA+U，似乎CASTEP和VASP就LDA+U而言，还是有一些差别的。毕竟VASP是在CASTEP基础上发展起来的，有一些方面还是有所改进的。具体的差别，见我在版上发的一个帖子。里面应该说的比较清楚了。另外，提一个建议：我觉得你一些基本概念掌握不清，像加U，我提几个简单的问题，你看看你能回答吗？1.U的物理本质是什么？2.加U最早是为处理何种体系而引入的？3.为何要加U?4.对哪些体系需要加U?5.如何确定加U值的大小？6加U带来的典型后果是什么？7.加U的方法会有哪些局限性？如果你把上述问题搞清楚了，你在做计算，那么肯定会事半功倍的。另外，给你一个扩展阅读的文献：就是LDA+UB3LYPHSE03/HSE06/Sc-GW/Sc-GW-P的方法处理所谓的这种强关联的体系，然后就各种方法的优缺点给出了一个评述：这是一篇PRL的文章，下面是文章的下载链接：(ortothetopofthevalencebandinthecaseofinsulatorsorsemiconductors).ThelabelsalongtheXaxisofthebandstructuregraphcorrespondtothestandarddefinitionsofhighsymmetrypointsforthegivenlatticetype(BradleyandCracknell,1972).TheΓ-pointisdenotedbyaG.ThedensityofstatesincludedinthisplotwascreatedusingInterpolationasanIntegrationmethodandAlphaandBetaastheDOSdisplay.Note:IfyouhavecalculatedDOSforaspinpolarizedsystemwithanon-zeroinitialspinandthetotalspinisnotoptimizedtwochartswillautomaticallybedisplayed,seednameBandStructureAlpha.xcdandseednameBandStructureBeta.xcd.Figure1.BandstructurewithDOSforFe(spin-polarizedGGAcalculation).Tocreateabandstructurechart1.ChooseModules|CASTEP|AnalysisfromtheMaterialsStudiomenubar.2.SelectBandstructurefromthelistofproperties.3.UseResultsfileselectortopicktheappropriateresultsfile(itshouldhaveaBandStrsuffix).4.Selectarequireddisplaystyle(PointsorLines)fromtheGraphstyledropdownlist.5.Optionally,checkShowDOSandsettherelevantDOSoptions.6.ClicktheViewbutton.7.Anewchartdocument,seednameBandStructure.xcd,isc