基于 VASP 中自洽与磁力定理方法的磁交换相互作用 ab initio 计算
材料科学
2025-10-30 v2 计算物理
摘要
我们采用 VASP 代码中实现的自旋螺旋方法，对磁交换相互作用进行 ab initio 调查，并对比分析了自洽 (SC) 和磁力定理 (MFT) 两种方法。选取代表性 3d 铁磁体 (Fe、Co、Ni) 和基于 Mn 的全 Heusler 合金作为研究对象，从自旋螺旋总能直接计算磁振荡色散关系，并通过傅里叶变换提取实空间 Heisenberg 交换参数，随后在均匀场和随机相位近似下估算 Curie 温度。SC 自旋螺旋计算得到的交换参数和磁振荡谱与已有理论数据高度吻合，确认了其在不同类别磁性体系中的定量可靠性。相比之下，MFT 方法在高磁矩体系（如 bcc Fe 和基于 Mn 的 Heusler 合金）中系统性地高估自旋螺旋能量和交换耦合，在低磁矩的 fcc Ni 中则低估，磁矩越大，误差越大，在高磁矩复合物中可超过数百 percent。这些结果凸显了自洽性在准确确定磁交换参数中的决定性作用，为未来基于自旋螺旋技术的磁相互作用和激发态的一级计算提供了实用指导。
引用
@article{arxiv.2510.11603,
title = {Ab-initio calculation of magnetic exchange interactions using the spin-spiral method in VASP: Self-consistent versus magnetic force theorem approaches},
author = {Umit Dogan Daglum and Maria Stamenova and Ersoy Sasioglu and Stefano Sanvito},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.11603},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 4 figures