ABACUS 磁交换参数实操
从实际Fe2铁磁自洽、H/S矩阵到TB2J交换参数和轨道分解。
阅读本篇目录
下载Fe2完整输入、原生矩阵、7组TB2J结果、自旋波与离线依赖。解压进入附件根目录，先看已有结果：
bash analyze.sh
首次运行会创建本目录的 venv，使用已固定的离线依赖，不修改公共环境。4张高清图在 reference/figures，数据和表在 reference/analysis。如果希望从DFT开始完整复跑，在新解压目录提交：
sbatch submit.slurm
模板依次完成2个Fe2铁磁SCF、7个交换参数条件、自旋波、数据提取与画图。新的输出在 work；已有 work 时请新解压。DFT使用ABACUS3.10.1-p100、GNU13.3/HPC-X2.50(OpenMPI5.0.10rc2)/CUDA12.8/ELPA GPU，1进程、1线程、GPU双精度。不要在登录节点直接运行DFT。
后处理为TB2J0.9.22、HamiltonIO0.3.8、Python3.11、sisl0.16.4、SciPy1.16.3及NumPy2.3.5环境，1个CPU进程/线程；它不等于ABACUS的GPU加速性能测试。两阶段按脚本切换环境，避免混用依赖。
1 先有合适的磁性基态#
本例是晶格约2.8328 Å的BCC铁常规晶胞，含2个Fe，固定晶胞与位置。采用共线铁磁参考态、PBE赝势和数值原子轨道，每个Fe27个NAO，共54维。输入 mag 2 只是初始猜测，不等于最终磁矩；要检查SCF收敛及最终磁态。
实际INPUT如下：
cat inputs/fe-fm-k5/INPUT
INPUT_PARAMETERS
pseudo_dir ../../PP_ORB
orbital_dir ../../PP_ORB
suffix tutorial
calculation scf
ecutwfc 100
scf_thr 1e-8
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
out_mat_hs2 1
out_mat_r 1
交换接口关键是 nspin 2 和 out_mat_hs2 1，输出两个自旋通道的H(R)及共用S(R)。本例还保留r矩阵，共线J的这一步不要求r矩阵。scf_thr 1e-8用于提高自洽精度，Gaussian宽度0.015 Ry是DFT电子占据设置，与后面TB2J的电子展宽不同。
完整STRU：
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
实际KPT：
K_POINTS
0
Gamma
5 5 5 0 0 0
另一个条件使用3³电子k网格，其他输入相同。它们是两个采样控制，不是两种不同的铁材料。质量、真实Fe赝势和轨道文件均随附件保持配套。
2 先检查SCF，再把矩阵交给TB2J#
完整模板会自动衔接。希望手动分步时，在已分配资源中运行下列命令；它与整套模板二选一：
bash prepare-env.sh
module load abacus/3.10.1-p100
python3 -B setup.py
python3 -B run_all_scf.py
检查主要目录：
ls work/cases/fe-fm-k5/OUT.tutorial/data-*sparse*.csr
grep 'charge density convergence is achieved' work/cases/fe-fm-k5/OUT.tutorial/running_scf.log
应有 data-HR-sparse_SPIN0.csr、data-HR-sparse_SPIN1.csr 和 data-SR-sparse_SPIN0.csr。H原生单位Ry，TB2J接口转换为eV；不能把一个自旋通道漏掉，或把不同SCF的H与S配在一起。
3 运行交换参数计算#
附件把经过实跑的条件放在 EXCHANGE-CASES.json，使用短命令执行：
mkdir work/exchange
venv/bin/python -B run_exchange.py
这个脚本调用原生 abacus2J.py：指定SCF目录、后缀tutorial、磁性元素Fe、插值网格、CFR阶数和4 Å距离范围。前置DFT须全部成功，不能在尚未完成时启动后处理。自动模板已经包含这一步，手动命令不要重复覆盖已有目录。
读取已有的主要结果：
head -n 60 reference/exchange/scf5-tb7-nz80/exchange.out
exchange.out的J单位meV，列出原子对、晶格平移R、向量和距离。4 Å范围在这个BCC模型中包含每个Fe的8个最近邻与6个次近邻，文件保留两个方向，共28条有向相互作用。
在TB2J官方约定中，交换项带负号，正J偏好铁磁对齐，每对的ij和ji均计入。不要把同一个J表直接放进含1/2或反号的另一套哈密顿量而不转换。TB2J.pickle内部能量用eV，不能把它与文本的meV混为一谈。
4 查看轨道分解和导出#
本图把原生角动量分解汇总成s、p、d、f四组，保留正负贡献，求和仍对应同一对Fe的J。它依赖所选基组和分组方式，不是唯一的成键能分解。
原生还生成 Vampire、ESPInS、Multibinit 等目录，可继续准备对应自旋程序的输入；这些导出文件不等于已经完成后续自旋动力学。接口说明可对照TB2J官方ABACUS教程，但实际默认积分和选带规则以本附件0.9.22为准。