AkaiKKRで固定スピンモーメント計算

AkaiKKR(machikaneyama)では固定スピンモーメント(fsm)計算を行うことができます。今回は体心立方構造(bcc)鉄のスピンモーメントを変化させながら、全エネルギーと状態密度を計算しました。

001_20150914155956606.gif
Fig.1: スピンモーメントの大きさを変化させたときのbcc鉄の状態密度の変化。緑で示したときが磁気モーメントが2.2μBの場合で、エネルギー的に最安定。



固定スピンモーメント計算


AkaiKKR(machikaneyama)ではmagtypをmagとしてgo計算を行うと自動的に強磁性の安定な状態が(強磁性の解が存在すれば)計算されます。例えば体心立方構造(bcc)の鉄の計算を行うと、スピンモーメントM=2.17μBという値が自動的に得られます。

これに対して、スピンモーメントを指定して計算する方法をfixed spn moment(固定スピンモーメント: fsm)計算と呼びます。AkaiKKRのソースコードやInstalling and Running AKAIKKR (PDF)等を見るに、fsm計算は実行可能な感触を受けていたのですが、私の記憶が確かなら、以前のバージョンでは上手く行かなかったように思います。このエントリを書いている段階での最新版であるAugust 26, 2015では、計算できるようになっていたので報告します。

計算手法


Installing and Running AKAIKKR (PDF)には以下のようにあります。

If the calculational mode is set to fsm (ids = 5) then the value for the fixed spin has to be given at the end of the input file.

そこで、計算の種類をgoからfsmに変更し、ファイルの末尾に指定するスピンモーメントを入力したインプットファイルを以下のように準備しました。

c----------------------Fe------------------------------------
fsm data/fefsm
c------------------------------------------------------------
c brvtyp a c/a b/a alpha beta gamma
bcc 5.27 , , , , , ,
c------------------------------------------------------------
c edelt ewidth reltyp sdftyp magtyp record
0.001 1.0 sra mjw mag 2nd
c------------------------------------------------------------
c outtyp bzqlty maxitr pmix
update 8 200 0.035
c------------------------------------------------------------
c ntyp
1
c------------------------------------------------------------
c type ncmp rmt field mxl anclr conc
Fe 1 1 0.0 2
26 100
c------------------------------------------------------------
c natm
1
c------------------------------------------------------------
c atmicx(in the unit of a) atmtyp
0 0 0 Fe
c------------------------------------------------------------
c moment
2.2
c------------------------------------------------------------


通常のgo計算と同様にfsm計算で得られたポテンシャルファイルを利用してdos計算やspc計算を行えば、スピンモーメントを指定した状態密度やバンド構造が計算できるようです。今回はシェルスクリプトを作成して、スピンモーメントを0(つまり非磁性)から2.5まで0.1ずつ変化させたときの全エネルギーと状態密度を計算しました。

#!/bin/csh -f

## *** フォルダ構造 ***
## FeFSM/─┬─analysis/─FeFSM.plt
## ├─in/
## ├─out/
## ├─data/
## ├─template/─FeFSM.in
## └─FeFSM.sh

## *** スピンモーメント ***
set SPIN_LIST=( 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 )

## *** 保存先のファイルが存在していたら削除 ***
rm -f analysis/FeFSM.txt

## *** スピンモーメントごとに計算 ***
foreach SPIN ( ${SPIN_LIST} )
## テンプレートから入力ファイルを作成
sed 's/'SPIN'/'${SPIN}'/g' template/FeFSM.in > in/FeFSM_${SPIN}.in
## 第一原理計算
specx < in/FeFSM_${SPIN}.in > out/FeFSM_${SPIN}.out
## 計算結果の保存
tail -n 2 data/fefsm-${SPIN}.info | sed '$d' >> analysis/FeFSM.txt
end


結果


冒頭に示したFig.1がスピンモーメントを変化させた際の状態密度の変化です。緑のときがM=2.2で実験値に最も近いときの状態密度です。スピンモーメントとは、つまるところ、upスピンとdownスピンの電子の個数の差なので、スピンモーメントが大きくなるにつれてupスピンの状態密度は低エネルギー側へ、downスピンの状態密度は高エネルギー側へ移動していきます。

002_201509141559564ea.png
Fig.2: スピンモーメントと全エネルギーの関係


Fig.2に示したのは、スピンモーメントに対する全エネルギーの変化をプロットしたものです。実験値に最も近いM=2.2μBで全エネルギーが最低になっていることがわかります。

関連エントリ




参考URL




付録


このエントリで使用したファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。(参考:ねがてぃぶろぐの付録)


参考文献/使用機器




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