ABACUS 共线磁性与自旋密度实操

下载完整输入、原生日志、自旋密度及绘图脚本，解压进入附件根目录。先看已有结果：

bash analyze.sh

这一步仅用一个CPU核心处理参考数据，生成CSV及四张图，不启动DFT。需要完整重算时：

sbatch submit.slurm

脚本申请一张P100，按顺序完成12个条件；每个条件1个MPI进程、1个CPU线程，保留Slurm分配的GPU。参考实算为ABACUS3.10.1、双精度GPU，GNU13.3、HPC-X2.50/OpenMPI5.0.10rc2、CUDA12.8、OpenBLAS0.3.30；模块abacus/3.10.1-p100。未提供本批8173M或V100性能数据。不要在登录节点执行DFT。所有模型固定结构，scf_thr=1e-6，采用3×3×3网格；这些数值用于操作演示，不作为磁相图或收敛材料参数。

1. 初始磁态不同，可能得到不同自洽解#

本例是bcc Fe双原子常规晶胞。FM让两个Fe初始磁矩同向；AFM让它们相反。用同一赝势、基组、晶胞、k点、电子展宽比较，才有一致的能量参考。

箭头来自最终Mulliken原子磁矩。AFM的总磁矩接近0，原子附近仍存在正负自旋密度，不能把“总磁矩为0”直接当成“无磁性”。切片沿原胞分数坐标f3=0.5，单位Bohr⁻³。

2. 完整FM输入#

INPUT_PARAMETERS
pseudo_dir ../../PP_ORB
orbital_dir ../../PP_ORB
suffix tutorial
calculation scf
ecutwfc 100
scf_thr 1e-6
scf_nmax 200
out_chg 1
smearing_method gaussian
smearing_sigma 0.015
mixing_type pulay
mixing_ndim 10
mixing_beta 0.1
ks_solver elpa
basis_type lcao
symmetry -1
nspin 2
out_mul true
device gpu
precision double
cal_force 0
cal_stress 0
nbands 32

ATOMIC_SPECIES
Fe 55.845 Fe_ONCV_PBE-1.0.upf

NUMERICAL_ORBITAL
Fe_gga_9au_100Ry_4s2p2d1f.orb

LATTICE_CONSTANT
1.889725989

LATTICE_VECTORS
    2.8328152400000000    0.0000000000000000    0.0000000000000000
    0.0000000000000000    2.8328152400000000    0.0000000000000000
    0.0000000000000000    0.0000000000000000    2.8328152400000000
ATOMIC_POSITIONS
Direct

Fe
1.0
2
0.0 0.0 0.0    mag 2
0.5 0.5 0.5    mag 2

K_POINTS
0
Gamma
3 3 3 0 0 0

nspin 2是沿z轴的共线自旋计算。STRU中两个原子的mag 2指定初始值，不会把最终每个Fe锁定为2 μB。AFM只把第二个Fe改为mag -2，其余条件保持一致。若初始磁矩设为0，程序也未必会自行找到你期待的磁态；比较磁态时要明确初始配置并检查最终结果。

3. 提交后先看是否收敛，再看磁矩#

完整计算结束后，在附件根目录执行：

grep -E 'convergence is achieved|!FINAL_ETOT_IS|total magnetism|absolute magnetism' work/cases/fe-fm/OUT.tutorial/running_scf.log | tail -n 6
grep 'Total Magnetism on atom' work/cases/fe-afm/OUT.tutorial/mulliken.txt

注意total magnetism和absolute magnetism是不同量，前者可因反平行子晶格相互抵消，后者不能当成每个原子的磁矩平均值。Mulliken原子磁矩还依赖所用数值轨道基组。

本例AFM−FM约0.888319 eV/双原子晶胞；只是固定粗网格输入下的两个自洽解，不用于给出收敛磁相能差、交换参数或居里温度。

4. 自旋密度cube怎样读#

共线nspin 2的SPIN1_CHG.cube和SPIN2_CHG.cube分别是两种自旋电子密度。总密度ρ=ρ↑+ρ↓，磁化密度m=ρ↑−ρ↓。在ASE中cube坐标变成Å，数据保持原生Bohr⁻³，积分要统一体积单位。本例Fe总价电子数约32；附件用自旋密度积分独立核对日志磁矩。

python - <<'PY'
import csv
with open('reference/analysis/conditions.csv') as f:
    for r in csv.DictReader(f):
        if r['name'] in ['fe-fm','fe-afm']:
            print(r['name'],r['N_grid'],r['Mz'],r['Mabs'])
PY

需要固定总磁矩请继续固定自旋实操；需要矢量方向或SOC请看非共线与SOC。参数原理参考官方自旋说明。