4.4 检验共线磁性状态
本页为未执行的教学模板，不包含虚构计算结果。输入和文件名依据 ABACUS 3.9.0 文档；升级版本时逐项核验。
4.4.1 问题与模型约定
同一个周期铁模型用不同磁矩初始化，是否会收敛到不同自洽磁态？建立两原子的常规 bcc Fe 晶胞，比较非磁态与多种共线初猜，并区分初始猜测和物理约束。目标是对指定哈密顿量进行可复现的磁态搜索，而不是预先认定实验基态。
4.4.2 物理解释
共线自旋 DFT 中上下自旋共享一个全局量子化轴。总电子密度是两者之和，差值给出自旋磁化。初猜只引导进入势阱，并不约束最终磁矩。解释竞争态能差前，必须保持几何、赝势、基组和占据处理一致。
两个铁位点可初始化同号、异号磁矩；异号只是此晶胞可容纳的教学初猜，并非宣称真实反铁磁波矢。总磁矩为零可能掩盖相反局域磁矩，应同时检查积分自旋与空间或轨道分辨信息。其他排序可能需要更大晶胞。
图示为本课程原创概念图，不是计算所得数据。
4.4.3 输入与文件修改
INPUT
INPUT_PARAMETERS
suffix iron_seed
calculation scf
basis_type pw
ks_solver cg
ntype 1
nspin 2
dft_functional PBE
pseudo_dir ./data/
ecutwfc 100
nbands 24
scf_thr 1e-9
scf_nmax 200
mixing_beta 0.2
symmetry 0
smearing_method gaussian
smearing_sigma 0.01
out_chg 1 10
STRU
ATOMIC_SPECIES
Fe 55.845 Fe_PBE_VERIFIED.upf
LATTICE_CONSTANT
1.889726125457828
LATTICE_VECTORS
2.86 0 0
0 2.86 0
0 0 2.86
ATOMIC_POSITIONS
Direct
Fe
0.0
2
0.0 0.0 0.0 m 0 0 0 mag 2.0
0.5 0.5 0.5 m 0 0 0 mag 2.0
KPT
INPUT、STRU、KPT 分别保存。Fe_PBE_VERIFIED.upf 表示必须在本地核验的模守恒 PBE 文件，不是保证可下载的名字。检查价电子数、半芯处理和相对论元数据；二十四条带可能需随赝势扩充。本 PW 模型没有 NUMERICAL_ORBITAL。晶格常数将 2.86 向量转换为埃；2.86 埃是起始模型值，不是计算得到的最优值。每原子 mag 2.0 初始化 2 个 Bohr 磁子。另建 +1/+1、+3/+3、+2/-2 初猜目录。非自旋参考设 nspin 1，不能把这些初猜再解读为约束。除非有意固定自旋人口，否则不要加入 nupdown。
4.4.4 运行并检查证据
每种初猜从原子密度开始，避免悄悄共用某个已收敛磁态密度。检查 OUT.iron_seed/running_scf.log 和屏幕输出中的能量、SCF 残差与磁性指标。稳定版自旋指南使用 TMAG、AMAG 标签，应保留其名称及文档定义；若需要特定总磁矩，可独立积分自旋密度差。导出同网格 SPIN1_CHG.cube、SPIN2_CHG.cube。各初猜采用不同后缀，避免覆盖。识别候选态后，以每态自身密度和相同更严数值设置重启，检查仍处于同一势阱。以后若扩展为 LCAO，out_mul 的 mulliken.txt 给出基组相关局域量；本 PW 模板不请求它。
4.4.5 针对观测量的收敛
收敛的是候选态能差，不只是各自绝对能量。比较 8、10、12 网格与更小占据展宽，并保留足够空带。smearing_sigma 单位 Ry；0.01 Ry 约为 0.136 eV，并不是 Kelvin 温度声明。可提出教学目标：排序在每原子 1 meV 内稳定，收紧控制后每晶胞磁矩变化低于 0.02 个 Bohr 磁子。两自旋通道都须收敛，总电子数与赝势一致。不同初猜到达同态支持势阱稳定性，但不能证明所有磁排序和结构相中的全局极小。
4.4.6 接受表与溯源
磁性表记录逐原子初猜、最终总磁矩、空间补偿模式、每原子能量、SCF 状态和占据宽度。初始列和最终列分开；不同初猜到达同密度是同一势阱重复，而非不同物理态。补偿态即使总矩为零，也需要局域证据。
自旋积分使用相同 cube 网格，将上下自旋差乘 Bohr 立方体元求和，再把电子数差乘 Bohr 磁子。核对程序标签和单位后，与总磁化报告比较；自旋通道之和须给出赝势电子总数。比较能量时用相同原子数归一、相同有限展宽约定。若排序小于实际网格和宽度敏感性，应标成未解决，不能四舍五入制造优选态。
| 初始位点矩（Bohr 磁子） | 最终总矩／局域模式 | 能差（meV/原子） | 数值排序已解决？ |
|---|---|---|---|
| +1／+1、+2／+2、+3／+3 | — | — | — |
| +2／-2 | — | — | — |
| nspin 1 参考 | — | — | — |
每个收敛势阱保存独立密度身份，重启用该态自身密度，否则名义上的初猜比较会退化为同一个公共重启测试。
4.4.7 常见陷阱与边界
零初猜、nspin 1 与主动搜索的自旋极化态不是同一概念。总磁矩零不能排除局域磁性。已弛豫铁磁态与固定几何反铁磁态能量比较混合了结构和磁效应。标量相对论赝势只适用于此处声明的无 SOC 共线模型；加 SOC 需另核对版本和赝势。不能把 MAGMOM 写入 INPUT。更大 mixing_beta 不保证解决电荷—自旋振荡，应先读残差历史。
4.4.8 练习与答案提示
- 两个相反局域磁矩使总量近零，能否称为非磁？提示：不能；检查局域或空间自旋密度，区分补偿与无极化。
- 两态相差每原子 0.5 meV，但换网格使能差改变 3 meV，哪个更低？提示：排序在数值误差内未解决，应提高收敛后再报告优选态。
4.4.9 版本化参考
大学教学指南提供入门组织与算例背景；旧页面可能早于 3.9，具体语法以本页链接的官方版本为准。本文为原创教学综合，不复制参考输出作为课程结果。