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注意:这个例子需要最新版本的pw2wannier90接口。
– Fe.scf 用于基态计算的PWSCF输入文件
– Fe.nscf 在统一网格上获得Bloch状态的PWSCF输入文件
– Fe.pw2wan pw2wannier90的输入文件
– Fe.win wannier90和postw90的输入文件
下面的步骤顺序与例17相同。如果已经运行了例17,可以重复使用步骤1-5的输出文件,只有步骤6必须用新的输入文件Fe.win再次执行。
【2】运行PWSCF获得统一k点网格上的Bloch状态。
【3】运行wannier90来生成所需的重叠列表(写入Fe.nnkp文件)。
– 自旋子布洛赫状态之间的重叠〈unk|umk+b〉(写在Fe.mmn文件中)。
– 自旋矩阵元素〈ψnk|σi|ψmk〉,i = x, y, z(写在Fe.spn文件中)
pw2wannier90.x pw2wan.out
【6】运行postw90计算能量特征值和自旋期望值。
mpirun -np 8 postw90.x Fe(8个MPI进程并行执行的例子)
在用户指南的等式(11.18)中定义了占据状态的贝里曲率Ωαβ(k)。Fe.win文件中的以下命令用于计算在k空间中沿着高对称线的能带和贝里曲率(单位bohr2)。
fermi_energy = [insert your value here]
kpath_bands_colour = spin
执行postw90后,使用运行时生成的脚本沿磁化方向绘制贝里曲率分量z(k)=xy(k),
myshell> python Fe-bands+curv_z.py
在例17中,我们在(010)平面上绘制了ky=0的费米线。要将它们与设置了kpath=false贝里曲率的热图结合起来(减去),在Fe.win文件取消注释以下行,
kslice_task = curv+fermi_lines
kslice_corner = 0.0 0.0 0.0
kslice_b1 = 0.5 -0.5 -0.5
myshell> python Fe-kslice-curv_z+fermi_lines.py
与参考文献[1]中的图3进行比较。注意贝里曲率”热点”如何倾向于发生在自旋轨道诱导的避开交叉点附近(在例17中生成有自旋轨道和无自旋轨道的费米线)。
本质的反常霍尔电导率(AHC)与贝里曲率的BZ积分成正比。在磁化沿方向的bcc Fe中,唯一的非零分量是σxy = –σyx。为了评估使用25×25×25 k点网格的AHC,设置kslice = false,在Fe.win文件中取消对以下几行的注释,
并重新运行postw90。AHC以矢量形式写入输出文件Fe.wpout中。对于沿[001]磁化的bcc Fe,只有z-分量σxy是非零的。
由于BZ上Berry曲率的剧烈而快速的变化,AHC在进行k点采样时收敛非常缓慢,并且25×25×25不会产生很好的收敛值。
–通过更改berry_kmesh来增加BZ网格密度。
–为加速收敛,通过在Fe.win文件中加入以下命令,围绕Berry曲率中的尖峰进行自适应调整网格
berry_curv_adpt_kmesh = 5
berry_curv_adpt_kmesh_thresh = 100.0
在|Ω(k)|超过100 bohr2的点周围增加了一个5×5×5的网格。触发自适应细化的点的百分比在Fe.wpout文件中给出。
将收敛的AHC值与参考文献[1]和[2]中获得的值进行比较。
贝里曲率的Wannier-插值公式包括三个项,表示为D-D、D-和参考文献[2]中的,以及参考文献[3]中的J2、J1和J0。为了在Fe.wpout中输出总AHC分解为这三个项的情况,在Fe.win文件中设置iprint(粗略程度)为大于1的值。
其中‘S’和‘A’代表对称和反对称部分,σxx = σyy ≠ σzz。先前计算的直流AHC对应于极限值ω→0的σxx,在有限的频率下,σxy = –σyx获得了一个虚部,描述了磁环二象性(MCD)。
为了计算ħω最高到7eV的复数光导率,替换以下命令
并重新运行postw90。合理的收敛光谱可以通过125×125×125 k点的网格得到。首先绘制以S/cm为单位的交流AHC,如参考文献[1]中的图5的下图。
gnuplot> plot ‘Fe-kubo_A_xy.dat’ u 1:2 w l
将ω→0的极限与先前通过积分贝里曲率得到的结果相比较。
接下来绘制MCD光谱。按照参考文献[1],绘制Im[ωσxy(ħω)],单位为1029sec-2。所需的转换系数是9×10-18× e/ħ≌0.0137(e和ħ为SI单位)。
gnuplot> set yrange[-5:15]
gnuplot> plot ‘Fe-kubo_A_xy.dat’ u 1:($1)*($3)*0.0137 w l
fermi_energy = [insert your value here]
fermi_energy_min = [insert here your value minus 0.5]
fermi_energy_max = [insert here your value plus 0.5]
使用一个足够密集的BZ网格,并采用自适应细化技术。绘制σxy vs εF的图像
gnuplot> plot ‘Fe-ahc-fermiscan.dat’ u 1:4 w lp
[1] Y. Yao, L. Kleinman, A. H. MacDonald, J. Sinova, T. Jungwirth, D.-S. Wang, E. Wang, and
Q. Niu, Phys. Rev. Lett. 92, 037204 (2004).
[2] X. Wang, J. R. Yates, I. Souza, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 74, 195118 (2006).
[3] M. G. Lopez, D. Vanderbilt, T. Thonhauser, and I. Souza, Phys. Rev. B 85, 014435 (2012).
[4] Y. Yao, Y. Liang, D. Xiao, Q. Niu, S.-Q. Shen, X. Dai, and Z. Fang, Phys. Rev. B 75, 020401 (2007).
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