High-throughput determination of Hubbard U and Hund J values for transition metal oxides via the linear response formalism

密度泛函理论 物理 结晶学 材料科学 量子力学 化学
作者
Guy C. Moore,Matthew K. Horton,Edward Linscott,Alex M. Ganose,Martin Siron,David D. O’Regan,Kristin A. Persson
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:8 (1) 被引量:34
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.8.014409
摘要

$\mathrm{DFT}+U$ provides a convenient, cost-effective correction for the self-interaction error (SIE) that arises when describing correlated electronic states using conventional approximate density functional theory (DFT). The success of a $\mathrm{DFT}+U$(+$J$) calculation hinges on the accurate determination of its Hubbard $U$ and Hund $J$ parameters, and the linear response (LR) methodology has proven to be computationally effective and accurate for calculating these parameters. This study provides a high-throughput computational analysis of the $U$ and $J$ values for transition metal $d$-electron states in a representative set of over 1000 magnetic transition metal oxides (TMOs), providing a frame of reference for researchers who use $\mathrm{DFT}+U$ to study transition metal oxides. In order to perform this high-throughput study, an atomate workflow is developed for calculating $U$ and $J$ values automatically on massively parallel supercomputing architectures. To demonstrate an application of this workflow, the spin-canting magnetic structure and unit cell parameters of the multiferroic olivine ${\mathrm{LiNiPO}}_{4}$ are calculated using the computed Hubbard $U$ and Hund $J$ values for $\mathrm{Ni}\text{\ensuremath{-}}d$ and $\mathrm{O}\text{\ensuremath{-}}p$ states, and are compared with experiment. Both the $\mathrm{Ni}\text{\ensuremath{-}}d\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}U$ and $J$ corrections have a strong effect on the Ni-moment canting angle. Additionally, including a $\mathrm{O}\text{\ensuremath{-}}p\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}U$ value results in a significantly improved agreement between the computed lattice parameters and experiment.
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