MS4磁性体系LDA+U计算设置.doc

MS4.3磁性体系LDA+U计算设置（系列一）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）附件1:E31.JPG（2009-05-1614:46:46,144.69K）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2s22p6，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0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1：02.JPG(2009-05-1614:47:24,37.13K)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1:'3.JPG(2009-05-1614:47:55,38.65K)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1:4.JPG(2009-05-1614:48:26,44.14K)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。