用于直接计算熵值及表征磁系统的本征模追踪方法

《npj Computational Materials》：Eigenmode following for direct entropy calculation and characterisation of magnetic systems

　　

摘要

熵的作用对磁斯格明子而言极为重要，而在某些情况下，谐波近似的局限性阻碍了对其的精确预测。我们提出了一种特征模追踪方法（EMF），该方法可用于数值扫描势能面，并直接计算熵以及反应速率的前指数因子。虽然特征模追踪和数值直接熵计算的概念早已存在，但将二者结合便形成了一种新的、通用的方法，能够高效采样能量面，从而实现对非谐波特征模的高精度处理。为此，EMF方法需要迭代更新那些最需精确建模的最软特征模的特征对。与其他方法不同，EMF并非通过沿能量“上升”或“下降”来寻找平衡点，而是用于获取能量曲线。通过沿这些曲线对玻尔兹曼因子进行数值积分，即可计算出各特征模的配分函数，而无需预先假设其形式。在介绍EMF方法的一般理论背景和算法之后，我们将通过原子级自旋模拟中的实例，重点探讨其在磁斯格明子坍缩研究中的应用。