CP2K: DFT+U¶
学习目标¶
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学习资料
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DFT+U基本原理
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CP2K DFT+U设置
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DFT+U 查看电子占据态
学习资料¶
Dudarev, S. L., Manh, D. N., & Sutton, A. P. (1997). Effect of Mott-Hubbard correlations on the electronic structure and structural stability of uranium dioxide. Philosophical Magazine B: Physics of Condensed Matter; Statistical Mechanics, Electronic, Optical and Magnetic Properties, 75(5), 613–628..
Dudarev, S. L., Botton, G. A., Savrasov, S. Y., Humphreys, C. J., & Sutton, A. P. (1998). Electron-energy-loss spectra and the structural stability of nickel oxide: An LSDA+U study. Physical Review B, 57(3), 1505–1509. .
Himmetoglu, B.; Floris, A.; de Gironcoli, S.; Cococcioni, M. Hubbard-Corrected DFT Energy Functionals: The LDA+U Description of Correlated Systems. International Journal of Quantum Chemistry 2013, 114 (1), 14–49..
DFT+U基本原理¶
DFT对于电子的描述是偏向离域化的，因此DFT可以较好地描述金属态固体。对于过渡金属系列的氧化物，例如Fe2O3，CoO，Co3O4，NiO等。过渡金属中仍然含有d电子。在固体中，d电子较为局域，且局域在过渡金属离子周围。此时单单使用DFT并不能很好的描述局域化的电子。我们可以通过加大d电子之间的静电排斥(U)来达到目的。
CP2K DFT+U设置¶
在CP2K_INPUT / FORCE_EVAL / DFT下
PLUS_U_METHOD MULLIKEN
MULLIKEN_CHARGES不推荐， LOWDIN方法好像更准但是不能够算FORCES，cp2k v8.2版本后可以算FORCES，(详细参考)[https://groups.google.com/g/cp2k/c/BuIOSWDqJTc/m/fSL89NZaAgAJ]
在CP2K_INPUT / FORCE_EVAL / SUBSYS / KIND / DFT_PLUS_U下
对想要+U的元素的对应KIND设置
&DFT_PLUS_U
# 轨道角动量 0 s轨道 1 p轨道 2 d轨道 3 f轨道
L 2
# 有效U值，记得写[eV]，不然默认为原子单位
U_MINUS_J [eV] 3
&END DFT_PLUS_U
DFT+U 查看电子占据态¶
如果我们想知道+U之后对应原子中，例如d轨道的电子，的占据情况。我们可以利用如下设置将其print在output中。
在CP2K_INPUT / FORCE_EVAL / DFT / PRINT / PLUS_U下，
&PLUS_U MEDIUM
ADD_LAST NUMERIC
&END PLUS_U
你会在output中得到如下输出
DFT+U occupations of spin 1 for the atoms of atomic kind 3: Fe1
Atom Shell d-2 d-1 d0 d+1 d+2 Trace
37 1 1.068 1.088 1.047 1.093 1.069 5.365
37 2 0.008 0.008 0.011 0.007 0.009 0.043
Total 1.076 1.096 1.058 1.100 1.077 5.408
38 1 1.064 1.102 1.047 1.089 1.086 5.388
38 2 0.009 0.007 0.011 0.009 0.008 0.044
Total 1.073 1.109 1.058 1.097 1.094 5.432