SIESTA自旋轨道与DFT+U：方向、赝势和能量项

先按Fe磁性教程准备结构、PBE/DZP、200Ry、4×4×4 k点和电子收敛，再使用本篇的自旋与+U设置。六组实例已放在同一下载包，不需要手动拼接不同项目的输入。

1. 下载、提交和查看输入#

下载Fe自旋实操包

unzip siesta-Fe-spin-wave202.zip -d fe-soc
cd fe-soc
sbatch job.slurm

cat cases/soc-z/input.fdf
cat cases/ferro-U/input.fdf
cat cases/soc-U/input.fdf

模板使用CPU分区，需分区可用。环境为SIESTA5.4.2、Intel oneAPI2024.2、Intel MPI2021.13、MKL顺序LP64，配套sisl0.16.4。赝势由包内脚本从官方归档下载并校验；六组均使用相同全相对论Fe.psml。

2. 设置SOC与初始方向#

沿z初始化：

Spin spin-orbit
SOC.Split.SR.SO true
%block DM.InitSpin
1 2.2 0.0 0.0
2 2.2 0.0 0.0
%endblock DM.InitSpin

沿x初始化：

Spin spin-orbit
SOC.Split.SR.SO true
%block DM.InitSpin
1 2.2 90.0 0.0
2 2.2 90.0 0.0
%endblock DM.InitSpin

每行依次是原子编号、初始磁矩、极角、方位角，角度单位为度。角度写为小数，避免FDF数值类型解析混淆。spin-orbit使用默认完整SOC形式；初始方向不等于外加方向约束，本例没有施加外场。

grep 'spin moment:' cases/soc-z/siesta.out | tail -1
grep 'spin moment:' cases/soc-x/siesta.out | tail -1

本例最终自旋分别沿z和x，平均净自旋磁矩约2.4622μB/Fe；两个立方对称方向的能差很小。这里的k点、展宽及收敛精度不够支持高精度磁各向异性能结论。

3. 为什么Eso(nil)是零#

默认输出可能将SOC能量合并进Enl(+so)，并显示Eso(nil)=0。这不表示SOC关闭。SOC.Split.SR.SO true只改变能量贡献的报告方式，方便单独查看Eso，不改变完整SOC哈密顿量。

grep 'siesta: Eso' cases/soc-z/siesta.out
grep 'Spin-orbit coupling' cases/soc-z/siesta.out

本例沿z的原生拆分Eso约−0.173334eV/晶胞。SR/SO拆分本身与赝势投影信息有关；如程序提示拆分不明确，应优先比较完整总能量，不能把某个单独能量项当作唯一物理判据。详见官方SOC与参数说明。

4. 为Fe的3d轨道设置+U#

在相应共线或SOC输入上增加：

DFTU.ProjectorGenerationMethod 2
%block DFTU.Proj
Fe 1
n=3 2
2.0 0.5
2.3 0.15
%endblock DFTU.Proj

Fe 1表示一个投影通道，n=3 2选择3d轨道；下一行给U=2.0eV、J=0.5eV，末行的2.3和0.15分别是方法2的截断半径和费米截断宽度参数，手册以Bohr列示；不能误读成第二组U/J。它们是本例输入，不是对Fe体系普遍推荐的参数。

共线形式对应Ueff=U−J=1.5eV；SOC的形式保留分开的U/J贡献，不应机械地把两者当成完全等价的同一泛函。对于真实研究，应核对所用版本的+U定义、投影方式和参数来源。

grep 'siesta: Edftu' cases/ferro-U/siesta.out
grep 'siesta: Edftu' cases/soc-U/siesta.out
cat analysis/cases.csv

5. 最后会得到什么#

analysis/cases.csv包含六组总能量、自由能、自旋矢量、平均净自旋磁矩和SOC/+U能量项；figures/有两张对照图。包内sisl实际读取各组HSX，核对非磁、共线和SOC的自旋结构。

ls cases/*/fe.HSX
cat analysis/SUMMARY.json
ls figures

Intel编译器写出的HSX逻辑真值可能是−1，包内读取类只在本进程规范化这一标记，不修改共享软件或原始HSX。数据足以参考本例的操作流程；磁矩、能差和U/J的材料结论仍需进一步收敛与物理模型验证。