CP2K计算时，材料磁性如何确定？磁矩、多重度及RELAX_MULTIPLICITY该如何设置？

大耳朵涂涂

各位老师好，最近在一边学习卢老师讲的CP2K的课程，一边计算我的体系，在磁性设置这部分遇到了问题。我的体系的基本情况是这样的：模型具体信息，单个晶胞尺寸a*b*c=21A*26A*4A，含116个O，10个V，4个Nb，26个Mo，4个Te，没有这个材料具体的原子磁矩和磁性报道。具体细节可见之前的发帖内容用VASP算大晶体表面催化反应，单电子步时间30s，求助模型简化方向 - 第一性原理 (First Principle) - 计算化学公社 (keinsci.com)。
之前用VASP计算过体系中各原子的磁矩，总磁矩不为0，磁性主要来自于V，且不同的V磁性不一样，有正有负，所以我认为这是亚铁磁性体系。
然后我将VASP计算出来的磁矩在CP2K中按原子一一设置，然后晶胞优化（参数，DZVP-MOLOPT-SR-GTH，PBEsol-D3(BJ)，multiplicity=3）发现SCF不收敛（SCF上限64），不收敛的情况下我让他继续跑了100多轮，还是不收敛。其他参数不变，我将Relax——muliplicity打开，仍然不收敛。
然后我将体系按铁磁性来计算，同一元素给同一个磁性处理，多重度按设置的的磁矩加和给的，Muliplicity=13，未设置relax_Muliplicity,然后体系收敛了，并且晶胞参数与实验结果相近。有一些问题想请教大家
（1）VASP计算出来的磁性结果与CP2K的磁性结果能通用吗，能依据VASP给的磁性算CP2K吗？
（2）CP2K算的亚铁磁性不收敛，铁磁性可以收敛，我可以以此判断是铁磁性的吗？
铁磁性收敛后，其他设置不变，我设置体系不同的Muliplicity，比如=15，体系就不收敛了，即使打开RELAX_Muliplicit也无法收敛。这方面也想请教一下大家：
（3）我对原子磁矩、多重度和relax_Muliplicity的理解是这样的，大家看看理解的是否正确：不开relax_Muliplicity的情况下，CP2K根据给的原子初始磁矩进行优化计算，计算过程中保持Muliplicity的限制，原子的磁矩会在初始磁矩的基础上进行变化；如果打开relax_Muliplicity，计算过程中Muliplicity不会限制在初始给定值，会根据设定的relax_Muliplicity值可能进行翻转。所以如果初始给定的磁矩和Muliplicity多重度的结果偏离真实情况太远，即使开了relax_Muliplicity，体系依然可能无法收敛到合理的结果上。
（4）如果确定了一个体系的磁性，假如是铁磁性，但不确定具体的磁矩和多重度，是需要测试不同的多重度和磁矩进行测试，最后取能量最低的结果为准。但多重度与原子初始磁矩密切相关。具体操作上，原子磁矩给个大概，然后多重度按给出的磁矩计算得到，然后再设定RELAX_Multiplicity，这样测试可以吗？

1764360701

我一般都是直接把relax_Muliplicity 设置成0.0001，让它自己找自旋多重度

TJU_RYC

1764360701 发表于 2024-4-19 22:52
我一般都是直接把relax_Muliplicity 设置成0.0001，让它自己找自旋多重度

请教一下，我打开了relax multiplicity最后还是1，没变化，这有用吗？(  ﹏  )

TJU_RYC

谢谢老哥，明天我借鉴一下老哥的输入文件算算我的，我的不收敛，看来是可能也许大概是少了磁矩设置，真麻烦

chantau

粗浅地表达一下自己的看法，不对的地方还请指教：
（1）VASP和CP2K都是成熟的DFT计算软件，但在参数设置上不能轻易类比，由于理论框架不同。但是结果都应该趋于真实的实验结果，所以vasp计算出的磁矩结果应该是可以参考的，只要这个计算结果是可靠的，和实验情况相符。
（2）设置MULTIPLICITY=15后，每个元素MAGNETIZATION是否相应更改呢？
（3）对的。假设一个极端情况，把MULTIPLICITY=100，肯定与真实情况相差甚远。而RELAX_MULTIPLICITY又是一个spin翻转可能性的阈值，初始磁矩就不对，允许改变的判据又很严格，计算结果错误也就可以理解了。
（4）参考（1）的想法，如果体系不大的，可以使用QE或者VASP先让软件自主确定一个合理体系的磁性状态。然后构建更大的体系使用cp2k做它擅长的模拟工作。

大耳朵涂涂

chantau 发表于 2024-6-14 14:38
粗浅地表达一下自己的看法，不对的地方还请指教：
（1）VASP和CP2K都是成熟的DFT计算软件，但在参数设置上 ...

（1）我的理解也是这样的。但是我这个材料并没有相关磁性的文献报道，在计算的时候就主要根据能量最低考虑了。
（2）设置MULTIPLICITY=15，并没有改变元素初始的磁性。