基于投影缀加波第一性原理 DFT+U+J 在 NiO 上发展的海森堡交换耦合计算优化策略

高性能电池、多相催化剂和下一代光伏器件通常以发生电荷或自旋态转变的过渡金属氧化物（TMOs）为核心。近年来对 TMOs 精确 DFT 建模的需求增长，推动了对近似 DFT 典型误差（尤其是自相互作用与静态关联相关误差）的改进量化与修正方案。同时，利用 DFT 可获取量来计算粗粒化模型（如磁性模型）参数颇受关注。为理解误差修正与模型映射的相互干扰，我们探究原型 Mott-Hubbard 绝缘体 NiO，计算其反铁磁 I/II 态与铁磁态下的电子结构。我们考察了第一性原理计算的 Hubbard U 与 Hund 耦合 J 参数对基于投影缀加波（PAW）布居分析的选取的显著敏感性，重新评估了海森堡模型的自旋量化约定，并致力于为 TMOs 能量亚稳磁有序特有的 Hubbard 参数计算建立最佳实践。在此框架内，我们使用原位计算的 U 和 J 参数评估若干修正泛函，例如 DFT+U 与 DFT+U+J。我们发现，在采用最简经验、直截了当的工作流时，NiO 海森堡参数相对实验的 RMS 误差降至 13%，优于现有最优水平。在方法上，我们采用了开源平面波 DFT 代码 Abinit 中可用的线性响应实现计算 Hubbard U，并已扩展其功能以计算 Hund 交换耦合 J，但我们的发现预期适用于任意 DFT+U 实现。