GPAW磁性与SOC

下载完整Python输入、原始结果、CSV和绘图脚本。以下短命令在解压目录、已分配的CPU资源中执行，输出写入 work/。本模块为CPU构建，加载GPU资源不会自动启用GPU计算。

1 准备自旋初态#

bash run.sh fe-fm
bash run.sh fe-afm

本例2原子bcc Fe常规胞，a=2.87 Å、PBE、PW250 eV、3×3×3网格、Fermi–Dirac展宽0.05 eV。两份结构相同，仅初始磁矩不同：

atoms.set_initial_magnetic_moments([2, 2])   # FM初态
# 另一目录用 [2, -2] 作为AFM初态

本例的AFM支路确有相反局域磁矩；仅看总磁矩为0不能区分反铁磁和非磁。局域投影磁矩与全空间总磁矩也不必严格相加相同。

查看自己计算的最终磁矩：

python - <<'MAG'
from gpaw import GPAW
calc = GPAW('work/fe-afm/state.gpw', txt=None)
print(calc.get_magnetic_moments())
print(calc.get_magnetic_moment())
MAG

2 保存波函数，再做SOC#

bash run.sh soc

前提是FM目录已完成并保存 state.gpw。核心接口：

from gpaw import GPAW
from gpaw.spinorbit import soc_eigenstates
calc = GPAW('work/fe-fm/state.gpw', txt='restart.txt')
soc = soc_eigenstates(calc, theta=0)
energies = soc.eigenvalues()

本次全BZ输出形状27×48，比较theta=0°和90°两个自旋量子化方向。GPAW官方SOC说明将其定义为基于已收敛标量相对论态的非自洽SOC对角化。

3 单条本征值差不是磁晶各向异性能#

同一k点的能带会发生分裂、简并和顺序变化，按列相减不自动匹配同一轨道特征。本例图右只显示本征值变化；最大差约0.1057 eV，不把它报告为MAE。

磁晶各向异性需要一致占据、能量定义、充分k网格和相应精度，还应判断是否需要自洽SOC。这里的3×3×3网格仅供操作演示，不作为微小各向异性能的生产设置。

4 替换自己的磁性材料#

先选择有物理意义的初态和磁性超胞，分别检查SCF与最终局域磁矩，再比较能量。初始磁矩不是最终约束；SOC结果也应注明方向、能带截断和是否自洽。