WannierTools：自旋霍尔电导操作

想了解 SHC_calc 从哪些文件读入、算完看哪些列，可以先运行这个小模型。这里使用自建的自旋守恒四态模型，便于把输出与解析表达式核对；它不是某种真实材料的DFT计算，也不用于预测材料自旋霍尔电导。

1. 先读取实际结果#

下载完整输入、实际结果与读取绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd wanniertools-spin-Hall
bash read.sh
bash plot.sh

这两步读取附带的实际结果，生成 analysis-read 数据与 figures 图片；不会重新计算。要换成自己的输入，请先阅读下面的流程。

下载化学势、展宽与电导CSV。图中的能带由实际输入模型解析求值，电导曲线来自 WannierTools 原生输出。

2. 模型与自旋基组#

模型的两个自旋块为：

H_up   = sin(kx) σx + sin(ky) σy + (m+cos(kx)+cos(ky)) σz
H_down =-sin(kx) σx + sin(ky) σy + (m+cos(kx)+cos(ky)) σz

能量单位eV，式中k为无量纲晶格相位。每个自旋块有两个轨道，完整矩阵为4×4。本例前三维晶格长度为3、3、10 Å，所有轨道中心重合，前两个基矢为自旋向上、后两个为向下。

**基组顺序需要与程序采用的自旋矩阵一致。**不能把任意SOC计算得到的混合自旋 Wannier 哈密顿量直接当成本例的纯自旋基组。本例不验证一般自旋混合材料的自旋矩阵近似。

完整 model_hr.dat 已放在每个输入目录，包含原胞及±x、±y方向的矩阵元：

head -12 inputs/topological61/model_hr.dat
cat inputs/topological61/wt.in

3. 完整wt.in#

61×61网格、m=−1的输入为：

&TB_FILE
 Hrfile='model_hr.dat'
 Package='VASP'
/
&CONTROL
 SHC_calc=T
/
&SYSTEM
 NumOccupied=2, SOC=1, E_FERMI=0
/
&PARAMETERS
 Nk1=61, Nk2=61, Nk3=1
 Eta_Arc=0.05
 OmegaNum=5, OmegaMin=-0.8, OmegaMax=0.8
/
LATTICE
Angstrom
3 0 0
0 3 0
0 0 10
ATOM_POSITIONS
1
Direct
X 0 0 0
PROJECTORS
2
X s pz
KCUBE_BULK
-0.5 -0.5 -0.5
1 0 0
0 1 0
0 0 1

SHC_calc=T 打开计算；SOC=1 使本例按四态自旋基组处理。OmegaMin、OmegaMax、OmegaNum 在这里定义5个化学势：−0.8、−0.4、0、0.4、0.8 eV。

Eta_Arc=0.05 不是只产生50 meV这一条曲线。该版本实际写出5、10、20、40、50、100、200、400、500 meV共9组结果。这个展宽同时进入Kubo分母和费米占据平滑，因此变化的曲线不是单纯的绘图平滑。

4. 提交计算#

软件使用 wanniertools/2.7.0-8173m，oneAPI 2023.2、MKL与ARPACK 3.9.1编译。包内CPU模板申请56核整节点，实际执行1个MPI进程、1线程；申请资源与程序实际并行方式应分开看。

bash submit.sh

此命令创建 work-new，顺序计算31×31、61×61、加倍堆垛长度和m=−3平庸模型。CPU分区当前不可用时，作业会等待；不要在登录终端自行运行计算。

分配到计算资源后，单个目录的核心命令是：

module load wanniertools/2.7.0-8173m
mpiexec.hydra -n 1 wt.x > native.log

5. 提取数据并画图#

# 计算结束后
bash read.sh work-new analysis-read
bash plot.sh
ls figures

μ=0、η=5 meV时，61×61网格的 σ_xy^z 约 387.40230 (ħ/e) S/cm；m=−3模型在同一条件下接近零。31与61网格的本组曲线最大相对差约 3.9×10⁻⁷。这说明这个小模型在本次网格上变化很小，不代表真实金属体系也只需这些k点。

换成自己的模型时，至少重新考察k网格、展宽、能量范围、占据及基组顺序。张量列号和二维归一化见结果列与单位。