红蚁白酒
MS 4.3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（SPin parameters），其次是Fe Hubbard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 2008-6-23 13:24 编辑 ]
附件
MS4.3 -1.JPG (144.69 KB)
2008-6-23 13:23
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－electronic configuration菜单，看到Spin和Hubbard U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High spin state，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，SPin up，部分为High，Down，然后查看CASTEP计算控制面板的SPin数值）。
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Spin and HUbbard.JPG (37.13 KB)
2008-6-23 13:36
下面按照Fe3O4具体情况设置，Fe自旋为High spin， 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d U＝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
Spin and Hubbard setting.JPG (38.65 KB)
2008-6-23 13:45
接下来进入MS CASTEP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(spin polarized scheme )，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：
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Calculations-CASTEP.JPG (44.14 KB)
2008-6-23 14:06
LDA+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Hubbard U设置对体系的影响时，Hubbard U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Hubbard U的d项均设为2.5ev？还是怎么设的？ 2.Gd、Co的Hubbard U值可否不同？（问题跟第一个差不多）
3.Hubbard U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 (53.18 KB)
本帖最后由 zsl_321123 于 2010-4-19 21:17 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。
