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标题: 请教磁性的若干问题 [打印本页]

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-17 19:17
标题: 请教磁性的若干问题
最近关注的一个体系涉及到磁性的问题，有很多疑点，希望在这里可以得到解答，具体着这样的：文献中通过计算得出LiFeSO4F和FeSO4F都具有反铁磁性的基态，磁矩分别是3.79μB和4.31μB，

(, 下载次数 Times of downloads: 61)

然后说之所以表现反铁磁性是和过渡金属Fe有关，而测出的磁矩与通过Fe离子的电子组态按洪特规则计算得出的相符合，对比如下

[attach]1921[/attach] [attach]1923[/attach]

然后看固体物理的书知道产生磁性的根本原因是电子的自旋运动、电子的轨道运动和原子核的自旋运动，分别产生电子自旋磁矩、电子轨道磁矩和核自旋磁矩（可忽略）。电子运动的磁距一般是轨道磁距和自旋磁矩的矢量和。区分不同磁性如下图所示：
[attach]1922[/attach] 文献的三种反铁磁性配置：

以下是我的问题：
1、平常说的O2分子的磁性和材料的磁性有什么区别？
2、磁性材料所表现的磁性是一种宏观概念，而原子的电子组态或者说电子运动的磁距是微观概念，二者是如何联系的？Fe2+和Fe3+都具有磁矩，这与整个材料的磁矩是怎么联系的？图7.2中的磁序排列和磁性配置相对应吗，不清楚每个原子的磁性和总体表现的磁性什么联系?
3、文献中用VASP计算这两个材料，给出的参数如下
(, 下载次数 Times of downloads: 58)
这个是优化的时候就需要设置磁性吗，VASP中磁性怎么设呢？还有是不是这两个结构优化后的所有相关计算都要继续设置磁性？

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-17 19:31
该贴两张图片没有显示，已重新发了一个，这个作废!

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-17 19:39

wernea 发表于 2015-8-17 19:31
该贴两张图片没有显示，已重新发了一个，这个作废!

这个是完整版的链接：
http://bbs.keinsci.com/forum.php ... 09&fromuid=1585

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉，这种分类方式并不正交，抗磁和顺磁是根据材料对外磁场的响应定义的，而后三种却根据磁性微结构间磁矩取向来定义。氧分子中两个氧原子磁矩按铁磁方式耦合，但氧却是顺磁材料，详情可以百度那个把液态氧加到磁场里的实验。

2.具有磁矩的原子或离子间先耦合，形成小的磁畴；磁畴间再耦合，最终决定整个材料的磁化状态。宏观磁性与微观磁性的联系是：

抗磁性材料有一定内秉磁矩，外磁场下内秉磁矩翻转，抵消一部分外磁场，如果是超导体则能抵消全部外磁场（迈斯纳效应）；

顺磁性材料内秉磁矩很小，或几乎没有，或者虽有内秉磁矩但磁矩取向杂乱无章，外磁场下没多大反应。这方面的一个例子是非常小的四氧化三铁颗粒，块体四氧化三铁是铁磁性材料，但很小的颗粒却是超顺磁材料；

铁磁、反铁磁、亚铁磁三种材料内秉磁矩都不小，但磁矩取向不一样；取向完全一致是铁磁，正反完全配对是反铁磁，部分配对是亚铁磁；

总之原子间磁矩耦合和宏观磁性间联系不很直观，中间还隔着一个磁畴的概念。有专门模拟磁畴结构的程序。

3. 最好优化的时候就指定磁性，通过MAGMOM这个参数（好像是这个）。

另外，如果计算的时候只考虑自旋极化而没考虑非共线磁化，那么总自旋的z分量是个好量子数，这种情况下磁矩应该是整数的，我是一直搞不懂这种非整数磁矩怎么来的。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-17 20:23

万里云发表于 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉，这种分类方式并不正交，抗磁和顺磁是 ...

这个非共线磁化是什么意思？

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-17 20:35

wernea 发表于 2015-8-17 20:23
这个非共线磁化是什么意思？

就是不止考虑自旋z分量。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-17 20:51

万里云发表于 2015-8-17 20:35
就是不止考虑自旋z分量。

好的，谢谢！

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-17 23:50

万里云发表于 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉，这种分类方式并不正交，抗磁和顺磁是 ...

O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的，但在外场下能够克服

，因此定义和固体还是有些差别的。

单重态的情况还应该进一步讨论：自旋极化单重态（对称破缺）的情形两个未成对电子自旋方向相反，而且一般局域在两个不同的区域，且总磁矩恰好为0，这样是反铁磁性；没有单电子的情形（完全配对）呈现抗磁性（铜就是个例子）。

我不确定一些磁矩分数体系是不是应该是其未配对电子的带穿过Fermi能级（组态混合）引起的。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-18 09:29

卡开发发发表于 2015-8-17 23:50
O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的，但在外场下能够克服，因此定义和固体还是有些 ...

感觉还是比较难理解，可能自己专业知识不够扎实，希望继续谈论

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-18 11:10
建议楼主看近角聪信的《铁磁性物理学》，兰州大学出版的译本。

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-18 11:21

卡开发发发表于 2015-8-17 23:50
O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的，但在外场下能够克服，因此定义和固体还是有些 ...

磁矩为分数的，计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用，作用能是J * s_i 点乘 s_j的样子。s_i点乘s_j应该是six * sjx + siy * sjy + siz * sjz，如果只考虑siz * sjz项，就是自旋极化，如果三项全考虑就是非共线磁化。

在只考虑siz * sjz的情况下，总自旋分量Sz和哈密顿量对易，可以取到本征值。Sz的本征值应该是1/2的整数倍才对。再考虑到单电子自旋的朗德因子是2，总磁矩应该是整数。

难道问题出现在多电子的郎德因子上？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-18 13:19

万里云发表于 2015-8-18 11:21
磁矩为分数的，计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用， ...

对于金属体系，即便不使用展宽在穿过Fermi能级的带占据也不是整数。对于Bulk结构大多讨论的是单胞，磁矩通常参考的是per cell的，按照原子分子的方式讨论可能行不通。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-18 17:40

万里云发表于 2015-8-18 11:21
磁矩为分数的，计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用， ...

刚看了一篇文章，他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压，请问这个极化作用在vasp上是设置ispin=2，而非极化作用是设置ispin=1吗？还有文献用了反铁磁性，但没说磁序，按理说磁序需要先做好各种可能的排列组合，通过计算选出能量最低的，那文献一点都没提到这些，是默认用最简单的up/down/up/down的配置吗？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-18 19:06

wernea 发表于 2015-8-18 17:40
刚看了一篇文章，他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压，请问这个极化作用在vasp ...

如果已经知道这个材料是什么磁性，一般就按照这个磁序直接算即可。

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-18 19:31

wernea 发表于 2015-8-18 17:40
刚看了一篇文章，他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压，请问这个极化作用在vasp ...

ipsin确实是这么设置。

初始磁矩设定是个很费事的工作，不过文献里已经给定了，可以直接套用。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-18 21:15

卡开发发发表于 2015-8-18 19:06
如果已经知道这个材料是什么磁性，一般就按照这个磁序直接算即可。

有一篇文章里面是这样说的The AFM arrangement which has been envisaged in this study corresponds to a one-dimensional (1D) antiferromagnet lattice model along the c directions (with successive spins up and down for M1(000.5) and M2(000)ions). 这里说的只考虑C轴是怎么设置的？还有(000.5)和(000)对应MOGMON参数是怎么设的，跟用-1 1 -1 1等效吗？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-18 21:30
要看你晶格里面原子本身的顺序，一般应该是一样的。文献已经指出Fe其中一个在分数位（0,0,0）自旋朝上，还有一个在分数位自旋朝下，按照POSCAR的顺序设置即可，一般应该是设置为高自旋态的（±4）比较稳妥。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-18 22:15

卡开发发发表于 2015-8-18 21:30
要看你晶格里面原子本身的顺序，一般应该是一样的。文献已经指出Fe其中一个在分数位（0,0,0）自旋朝上，还 ...

poscar是这样：
Li S O F Fe
2 2 8 2 2
然后磁性设置是这样吗
ISPIN=2
MAGMOM=14*O 4.0 -4.0
其中（0 0 0）位置的Fe设为-4，（0 0 0.5）的设为+4
我这样理解对吗？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-18 22:21
对的，14*0，避免这种笔误。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 09:28

卡开发发发表于 2015-8-18 22:21
对的，14*0，避免这种笔误。

哈哈，是的

作者
Author: jiewei 时间: 2015-8-19 09:42
此贴具有磁性讨论方面的价值，如果楼主能上传看过的文献，此贴加精

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 09:52

卡开发发发表于 2015-8-18 22:21
对的，14*0，避免这种笔误。

前辈，再问一下，我的encut=800，kpoints mesh设的是8*8*6，那么我的prec要设成accurate吗，还是用normal？

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 09:59

jiewei 发表于 2015-8-19 09:42
此贴具有磁性讨论方面的价值，如果楼主能上传看过的文献，此贴加精

这篇文章是用vasp专门计算磁性的
http://scitation.aip.org.sci-hub ... 7/10.1063/1.4794723

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 10:03

万里云发表于 2015-8-17 20:35
就是不止考虑自旋z分量。

只考虑Z方向和不止考虑z方向在incar设置中有什么不同吗

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-19 10:03

wernea 发表于 2015-8-19 09:52
前辈，再问一下，我的encut=800，kpoints mesh设的是8*8*6，那么我的prec要设成accurate吗，还是用normal ...

一般A就很好吧，N的话不是很让人放心，不知道ENCUT还有没有放宽的余地，要不然后期体系大了就很不容易做。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 10:06

卡开发发发表于 2015-8-19 10:03
一般A就很好吧，N的话不是很让人放心，不知道ENCUT还有没有放宽的余地，要不然后期体系大了就很不容易做 ...

好的

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-19 10:13

wernea 发表于 2015-8-19 10:03
只考虑Z方向和不止考虑z方向在incar设置中有什么不同吗

不止考虑自旋Z方向的投影需要对VASP修改编译选项重新进行编译，并且每个原子位点的自旋值变为三分量。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 10:41

卡开发发发表于 2015-8-19 10:13
不止考虑自旋Z方向的投影需要对VASP修改编译选项重新进行编译，并且每个原子位点的自旋值变为三分量。

也就是一般编译的都是只可用于考虑z方向的吗，对编译不懂，也不知道编译的人弄了哪种怎么办？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-19 10:54

wernea 发表于 2015-8-19 10:41
也就是一般编译的都是只可用于考虑z方向的吗，对编译不懂，也不知道编译的人弄了哪种怎么办？

一般确切知道磁性不是非共线的不必考虑这个问题

作者
Author: 万里云 时间: 2015-8-19 11:05

wernea 发表于 2015-8-19 10:03
只考虑Z方向和不止考虑z方向在incar设置中有什么不同吗

非共线磁化需要重新编译vasp，只改INCAR算不了。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 12:17

卡开发发发表于 2015-8-19 10:54
一般确切知道磁性不是非共线的不必考虑这个问题

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-19 12:17

万里云发表于 2015-8-19 11:05
非共线磁化需要重新编译vasp，只改INCAR算不了。

嗯嗯，了解

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-28 09:55

卡开发发发表于 2015-8-19 10:54
一般确切知道磁性不是非共线的不必考虑这个问题

卡卡，我突然想到一个问题，就是如果我想做表面的话，体相采用反铁磁性，那么算表面性质的时候也得考虑反铁磁性，这个表面体系的MAGMOM参数设置貌似很困难。看一篇做磷酸铁锂的表面的这么说：A ferromagnetic high-spin Fe state is assumed. The bulk LiFePO4（ FePO4 ）is paramagnetic at room temperature and the energetic effects of the magnetic ordering are small. 基态是顺磁性，然后他用的是铁磁性，我的那个体系基态是反铁磁性，是否也可以考虑全部采用铁磁性计算，避开反铁磁性设置上的困难？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-28 13:23

wernea 发表于 2015-8-28 09:55
卡卡，我突然想到一个问题，就是如果我想做表面的话，体相采用反铁磁性，那么算表面性质的时候也得考虑反 ...

估计文献的体系低于Curie temperature的时候应该是铁磁性的。涉及到finite temperature导致磁性变化的一般处理起来比较棘手才这样按照低温的情形考虑的。你的体系已经确定为反铁磁性，不必要做如此处理，即便你的体系Neel temperature低于室温，也应当按照反铁磁性处理。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-28 18:18

卡开发发发表于 2015-8-28 13:23
估计文献的体系低于Curie temperature的时候应该是铁磁性的。涉及到finite temperature导致磁性变化的一 ...

那你觉得这样做到了表面的结构也可以设置成反铁磁性吗，能办到吗？

作者
Author: 卡开发发 时间: 2015-8-28 18:31

wernea 发表于 2015-8-28 18:18
那你觉得这样做到了表面的结构也可以设置成反铁磁性吗，能办到吗？

可以，维持原有磁序，但也有特例。

作者
Author: wernea 时间: 2015-8-28 18:42

卡开发发发表于 2015-8-28 18:31
可以，维持原有磁序，但也有特例。

那我就放心了，以后做到再具体考虑

作者
Author: wernea 时间: 2015-9-19 15:53

万里云发表于 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉，这种分类方式并不正交，抗磁和顺磁是 ...

您好，我看文献研究磁性有这样子说：A体系沿[010]方向磁矩为3.8，B体系沿[001]方向磁性为4.3，这个磁矩的方向和您说的这个非共线磁化是一回事吗，我看vasp中设磁性一般都只设自旋向上向下，没有考虑xyz方向的问题，我这个也可以不考虑吗？

作者
Author: 万里云 时间: 2015-9-20 09:36

wernea 发表于 2015-9-19 15:53
您好，我看文献研究磁性有这样子说：A体系沿[010]方向磁矩为3.8，B体系沿[001]方向磁性为4.3，这个磁矩的 ...

应该是非共线磁化。

应不应该考虑要先做个测试，看考虑和不考虑非Z方向的磁矩大不大。

作者
Author: wernea 时间: 2015-9-20 20:17

万里云发表于 2015-9-20 09:36
应该是非共线磁化。

应不应该考虑要先做个测试，看考虑和不考虑非Z方向的磁矩大不大。

要怎么测试这个非共线的呢

作者
Author: 万里云 时间: 2015-9-21 08:52

wernea 发表于 2015-9-20 20:17
要怎么测试这个非共线的呢

先做一般自旋极化计算，再算非共线磁化，对比非Z方向的磁矩。

作者
Author: wernea 时间: 2015-9-21 19:37

万里云发表于 2015-9-21 08:52
先做一般自旋极化计算，再算非共线磁化，对比非Z方向的磁矩。

好吧，谢谢

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