VASP计算GaN:Fe时结构优化流程和自旋极化计算问题

Shana

大家好，最近在重复GaN掺Fe缺陷的激发发射能计算，参考文献是DOI：10.1103/PhysRevB.99.205202。在重复的过程中遇到了一些困难，想请教一下大家。
以Fe3+取代Ga3+为例，Fe3+基态为S=5/2，需要自旋极化。我在使用PBEsol做结构优化时，分别尝试了两种优化思路：
1.先做ISPIN=1的结构优化，然后cp CONTCAR CHGCAR WAVECAR 做ISPIN=2的结构优化；
2.直接做ISPIN=2的结构优化，设置MAGMOM和NUPDOWN来控制自旋排布；
两种方法得到的能量几乎一致，OUTCAR中的magnetization (x)和total charge也一致，且Fe3+的magnetization占了总的magnetization不到80%。
由于PBEsol算的bandgap偏低，于是采用了杂化泛函PBE0，INCAR设置如下：
SYSTEM = GaN
ISTART = 1
ICHARG = 1
ENCUT = 500
EDIEF = 1E-05
NELM = 60
ISPIN = 2
MAGMOM = 35*0 36*0 1*5
NUPDOWN = 5
NSW = 0
IBRION = -1
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.05
LORBIT = 11
GGA = PE
LHFCALC = .TRUE
ALGO = D ; TIME = 0.4
AEXX = 0.25
PRECFOCK = Fast
最后得到的结果如图，Fe的magnetization 是4，并不是我预设的5，只占了总的80%左右；而且total charge中有部分s电子和p电子，d电子也多于5，接近6。
请问：
1.我采用的两种结构优化流程是否合适，是否需要通过反复cp CONTCAR等来使OUTCAR中的magnetization几乎全部为Fe的贡献（能否做到？）；
2.magnetization中Fe的贡献只占了80%是否由于d电子不是很局域造成的？
3.根据上面的INCAR得到的vasprun.xml所绘制的DOS尖峰很多，比较局域，而文献中比较平滑，整个带是连在一起的，这是不是因为ISMEAR=0造成的？ISMEAR=-5是否适用于杂化泛函？
4.total charge是不是WS半径的设置所造成的积分问题？这个我看论坛里有讨论到。我这个结果是不是不合理的？
谢谢各位老师！
@卡开发发
magnetization                                                        total charge
      

卡开发发

shinkon 发表于 2023-12-29 17:32
卡老师，请教一下，我有个稀土掺杂的系统，某种情况下做了自洽计算之后，磁矩变为负的（绝对值没问题）但 ...

负的无所谓吧。NUPDOWN设置完的话，磁矩就会被固定在这个值上，如果非要得到总磁矩为正，我建议调整初猜以及密度混合参数上面来变成正的，但这不是必要的。

shinkon

卡开发发 发表于 2021-9-25 18:14
1、其实直接ISPIN=2和MAGMOM一般就够了，结果一样其实也正常，就是谁效率高谁效率低的问题。PBE优化结构的 ...

卡老师，请教一下，我有个稀土掺杂的系统，某种情况下做了自洽计算之后，磁矩变为负的（绝对值没问题）但能量是对的，是否可以通过设置NUPDOWN强行把它定在自旋向上呢

卡开发发

ymeng 发表于 2021-12-4 11:11
发发老师，这个outcar中的magnetization是不是只代表了该原子上单电子数，那如果想知道原子上的总电子数 ...

outcar给的magnetization和charge应该都是基于Wigner-Sietz半径划分的，Bader划分是基于zero-flux面，主要看你要讨论什么问题，粗糙看看两者都可以，要求高的话可以考虑做DDEC charge。

ymeng

卡开发发 发表于 2021-9-25 18:14
1、其实直接ISPIN=2和MAGMOM一般就够了，结果一样其实也正常，就是谁效率高谁效率低的问题。PBE优化结构的 ...

发发老师，这个outcar中的magnetization是不是只代表了该原子上单电子数，那如果想知道原子上的总电子数要怎么办呢？我总觉得bader有点不能说明情况。

Shana

卡开发发 发表于 2021-9-25 18:14
1、其实直接ISPIN=2和MAGMOM一般就够了，结果一样其实也正常，就是谁效率高谁效率低的问题。PBE优化结构的 ...

谢谢老师！根据您的建议我再试一试。

卡开发发

1、其实直接ISPIN=2和MAGMOM一般就够了，结果一样其实也正常，就是谁效率高谁效率低的问题。PBE优化结构的阶段，尤其是做变晶格计算，最好多拷贝几次CONTCAR到POSCAR进行优化。
2、参考4.
3、恰恰相反，平滑才是因为ISMEAR=0，可能还是要足够密集的k点和一定的展宽，展宽小了峰就显得比较尖。
4、和WS半径很有关系，不只是total charge，包括你的磁矩偏低很可能也是类似问题导致的。