WannierTools：表面自旋纹理与零耦合对照

表面自旋纹理把每个二维k点的自旋期望值画成方向图。本例在有Rashba型耦合和零耦合两种模型上实际计算，说明箭头、谱函数和输出阈值怎样一起读取。

下载模型输入、三组原生输出与读取绘图脚本，保存为 example.zip：

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

使用WannierTools 2.7.0 CPU模块 wanniertools/2.7.0-8173m、Intel MPI/oneAPI运行环境，脚本依赖NumPy和Matplotlib。模型是自建的简单立方自旋1/2紧束缚模型：晶格常数3Å、最近邻跃迁−1eV、Rashba型耦合0.4eV；没有新的DFT计算，也不是一种真实材料的参数拟合。

本模块使用oneAPI 2023.2构建：ifort 2021.10.0、Intel MPI 2021.10、MKL 2023.2.0，配合ARPACK-NG 3.9.1；本例使用CPU MPI程序。

1. 完整输入#

&TB_FILE
 Hrfile='model_hr.dat'
/
&CONTROL
 SlabSpintexture_calc=T
/
&SYSTEM
 NumOccupied=1,SOC=1,E_FERMI=0,Nslab=8
/
&PARAMETERS
 Nk1=9,Nk2=9,Nk3=1,NP=1
 E_arc=-2.0, Eta_Arc=0.1
/
LATTICE
Angstrom
3 0 0
0 3 0
0 0 3
ATOM_POSITIONS
1
Direct
X 0 0 0
PROJECTORS
1
X s
SURFACE
1 0 0
0 1 0
KPLANE_SLAB
-0.5 -0.5
1 0
0 1

SlabSpintexture_calc=T 打开表面自旋纹理。SOC=1 表示使用自旋分块的两分量模型，不代表所有可能的材料自旋轨道耦合都已包含。耦合强度来自HR的矩阵元，而非只靠这个开关。

cat inputs/spin/model_hr.dat
cat inputs/zero-SOC-control/model_hr.dat
cat reference-results/spin/spindos.dat_l

对照目录名为 zero-SOC-control，实际保持 SOC=1 的自旋排列，把模型Rashba耦合系数设为0。这样能保留相同维数与自旋算符，比较耦合对结果的作用。

2. 每列代表什么#

spindos.dat_l 前两列为重定义表面坐标系下的k坐标，单位Å⁻¹，其后三列为sx、sy、sz。本例表面方向与x/y对齐，换表面时不要默认箭头仍沿原始晶胞坐标。

这些数是按谱权重归一化的Pauli自旋期望值，不是μB磁矩，也不是已经乘ħ/2的角动量。本例自旋向量范数最大约0.913，零耦合对照的三个分量均为0。

3. 为什么只有41行自旋数据#

表面DOS的9×9网格有81个点，但程序仅对超过最大DOS十分之一的点输出自旋纹理。本例两个条件各有41个输出点。

bash read.sh
cat analysis-read/DATA-VALIDATION.json
head analysis-read/WT-surface-Rashba-DOS-spin.csv

CSV中 native_spin_row_included 为1表示该点有原生自旋行；缺失点的原生自旋列记为NaN，不能把缺失自动补成零。零耦合对照中实际输出的零自旋和被阈值省略的点，是不同含义。

图里的底色来自原生DOS，箭头来自实际 spindos 数据。独立半无限格林函数求出的自旋期望值与原生结果绝对差约 4.1E-9。这说明本例模型与读取对应，不能据此推断某种材料已经出现拓扑表面态。

4. 重新运行#

python3 prepare.py
cd work-new
sbatch ../submit.sh
squeue -u "$USER"
# 完成后
cd ..
bash read.sh work-new
bash plot.sh

模板实际使用1个MPI进程、OMP线程1，按本站规则申请56核整节点并按整节点计费，依次执行QPI、自旋纹理和零耦合对照。资料包的独立公式检查针对本模型；换材料模型时可参考原生文件格式，但需相应调整检查公式。

换自己的材料时，先保证自旋轨道次序正确，再选择表面方向与能量截面。结合谱函数强度理解箭头，确认展宽、网格和阈值；需要定量磁矩或实际角动量时，应明确算符和单位，不能直接沿用图中的无量纲值。

实际谱函数、自旋与对照CSV包含原生数据和独立参照。