<div dir="ltr">
<div><div><div><div><div><div>Dear all<br><br></div><div>Hematite 
(alpha-Fe2O3) crystallizes in the corundum structure.  The primitive 
cell is rhombohedral containing 2 formula units, whereas the 
conventional cell is hexagonal containing 6 formula units. I'm trying to
 model the antiferromagnetic phase of hematite with spin ordering (+--+)
 in the primitive cell. Relaxation (or variable cell relaxation) works 
nicely for the primitive cell and I obtain a reasonable final structure 
and magnetic moments on iron ions and zero magnetic moment in oxygen 
ions. This is consistent with literature. Note that all iron ions are 
equivalent crystallographically and all oxygen ions are 
crystallographyically.  However, when I try to relax (or vc-relax) the 
corresponding conventional cell, some symmetry breaking occurs and few 
iron ions develop magnetic moment different than the rest. Additionally 
some oxygen ions develop magnetic moment as well.  The final result is 
antiferromagnetic still, but of course the structure is not consistent 
with prior reports and is not consistent with primitive cell 
calculations.  Also the energy/Fe2O3 for the conventional cell is higher
 than the primitive cell. I tried many things to avoid this 
strange-looking local minimum such as:<br><br></div><div>1- Using cg instead of david algorithm.<br></div><div>2- Different starting magnetization<br></div><div>3- Different initial experimentally determined atom positions<br></div><div>4- Different pseudopotentials<br></div><div>5- Applying smearing <br></div><div>6- Gamma-centered vs. shifted k-points<br></div><div>7-Using ibrav = 4  and listing a and c, vs. using ibrav = 0 and providing cell_parameters list<br><br></div><div>but nothing really seems to work.<br></div><div>Any
 suggestions are thoughts arevery appreciated. I provide below the input
 files for both primitive and conventional cells and I'm using version 
6.2.1. I also provide the final magnetization of the ions in the 
conventional cell.<br><br></div><div>Best Regards,<br></div></div>Mostafa Youssef<br></div>AUC -  Egypt<br><br></div># Input file for the primitive cell<br>&CONTROL<br>   calculation =   'vc-relax'   ,<br>   verbosity = 'high' ,<br>   restart_mode = 'from_scratch' ,<br>   prefix='fe2o3' ,<br>   outdir='/data/mostafa/Fe2O3/<wbr>fix_magnet_strucutre2/scratch/<wbr>' ,<br>   pseudo_dir = '/home/mostafa/data/Fe2O3/PP' ,<br>   tstress = .true.  ,<br>   tprnfor= .true.  ,<br>   nstep = 2000 ,<br>   etot_conv_thr = 7.7D-6  ,<br>   forc_conv_thr = 4.0D-5 ,<br> /<br> &SYSTEM<br>   ibrav = 0 ,<br>    nat  =  10 , <br>   ntyp  =  3 , <br>   nbnd  = 96 ,<br>  ecutwfc  =  90 ,<br>  ecutrho  =  1080 , <br>  nosym =.true.<br>  occupations = 'fixed',<br>  nspin = 2 ,<br>  starting_magnetization(1)=1.0,<br>  starting_magnetization(2)=-1.<wbr>0,<br>  tot_magnetization = 0<br> /<br> &ELECTRONS<br>                    diagonalization='david',<br>                    mixing_mode = 'plain' ,<br>                    mixing_beta = 0.5,<br>                    startingwfc = 'random',<br>                    conv_thr  =  1.0d-9  , <br>  /<br>&ions<br>    ion_dynamics='bfgs'<br>/<br>&CELL<br>   cell_dynamics = 'bfgs' ,<br>   cell_dofree = 'all',<br>   press_conv_thr = 0.5 , ! This is the default<br> /<br>CELL_PARAMETERS  angstrom<br>     5.4200000000000000    0.0000000000000000    0.0000000000000000<br>     3.0870500000000000    4.4549430000000000    0.0000000000000000<br>     3.0870500000000000    1.6166160000000000    4.1512740000000000 <br>ATOMIC_SPECIES<br>Fe1  55.845 Fe.pbe-spn-rrkjus_psl.0.2.1.<wbr>UPF<br>Fe2  55.845 Fe.pbe-spn-rrkjus_psl.0.2.1.<wbr>UPF<br>O    15.999 O.pbe-n-rrkjus_psl.0.1.UPF<br>ATOMIC_POSITIONS crystal <br>Fe1   0.14500  0.14500  0.14500<br>Fe1   0.85500  0.85500  0.85500<br>Fe2   0.35500  0.35500  0.35500<br>Fe2   0.64500  0.64500  0.64500<br>O     0.75000  0.45800  0.04200<br>O     0.95800  0.25000  0.54200<br>O     0.45800  0.04200  0.75000<br>O     0.25000  0.54200  0.95800<br>O     0.04200  0.75000  0.45800<br>O     0.54200  0.95800  0.25000 <br>K_POINTS automatic <br>  4 4 4  1 1 1<br>##############################<wbr>##############################<wbr>################<br></div># Conventional cell<br>##############################<wbr>##############################<wbr>################<br>&CONTROL<br>   calculation =   'vc-relax'   ,<br>   verbosity = 'high' ,<br>   restart_mode = 'from_scratch' ,<br>   prefix='fe2o3' ,<br>   outdir='/data/mostafa/Fe2O3/<wbr>fix_magnet_conventional_str3_<wbr>gamma/scratch/' ,<br>   pseudo_dir = '/home/mostafa/data/Fe2O3/PP' ,<br>   tstress = .true.  ,<br>   tprnfor= .true.  ,<br>   nstep = 2000 ,<br>   etot_conv_thr = 7.7D-6  ,<br>   forc_conv_thr = 4.0D-5 ,<br> /<br> &SYSTEM<br>   ibrav = 0 ,<br>    nat  =  30 , <br>   ntyp  =  3 , <br>   nbnd  = 176 ,<br>  ecutwfc  =  90 ,<br>  ecutrho  =  1080 , <br>  !!!nosym =.true.<br>  occupations = 'fixed',<br>  nspin = 2 ,<br>  starting_magnetization(1)= 1.0,<br>  starting_magnetization(2)= -1.0,<br>  !!starting_magnetization(3)= 0.0,<br>  tot_magnetization = 0<br> /<br> &ELECTRONS<br>                    diagonalization='david',<br>                    mixing_mode = 'plain' ,<br>                    mixing_beta = 0.5,<br>                    startingwfc = 'random',<br>                    conv_thr  =  1.0d-9  , <br>  /<br>&ions<br>    ion_dynamics='bfgs'<br>/<br>&CELL<br>   cell_dynamics = 'bfgs' ,<br>   cell_dofree = 'all',<br>   press_conv_thr = 0.5 , ! This is the default<br> /<br>CELL_PARAMETERS  angstrom<br>        5.0288000107         0.0000000000         0.0000000000<br>       -2.5144000053         4.3550685598         0.0000000000<br>        0.0000000000         0.0000000000        13.7302999496<br>ATOMIC_SPECIES<br>Fe1  55.845 Fe.pbe-spn-rrkjus_psl.0.2.1.<wbr>UPF<br>Fe2  55.845 Fe.pbe-spn-rrkjus_psl.0.2.1.<wbr>UPF<br>O    15.999 O.pbe-n-rrkjus_psl.0.1.UPF<br>ATOMIC_POSITIONS crystal <br>Fe1     0.000000000         0.000000000         0.144999996<br>Fe1     0.000000000         0.000000000         0.855000019<br>Fe2     0.000000000         0.000000000         0.355000019<br>Fe2     0.000000000         0.000000000         0.644999981<br>Fe2     0.666666687         0.333333343         0.478333324<br>Fe1     0.666666687         0.333333343         0.188333333<br>Fe2     0.666666687         0.333333343         0.688333333<br>Fe1     0.666666687         0.333333343         0.978333354<br>Fe1    0.333333343         0.666666687         0.811666667<br>Fe2     0.333333343         0.666666687         0.521666646<br>Fe1     0.333333343         0.666666687         0.021666670<br>Fe2     0.333333343         0.666666687         0.311666667<br>O     0.291999996         0.000000000         0.250000000<br>O     0.708000004         0.000000000         0.750000000<br>O     0.000000000         0.291999996         0.250000000<br>O     0.000000000         0.708000004         0.750000000<br>O     0.708000004         0.708000004         0.250000000<br>O     0.291999996         0.291999996         0.750000000<br>O     0.958666682         0.333333343         0.583333313<br>O     0.374666661         0.333333343         0.083333336<br>O     0.666666687         0.625333309         0.583333313<br>O     0.666666687         0.041333336         0.083333336<br>O     0.374666661         0.041333336         0.583333313<br>O     0.958666682         0.625333309         0.083333336<br>O     0.625333309         0.666666687         0.916666687<br>O     0.041333336         0.666666687         0.416666657<br>O     0.333333343         0.958666682         0.916666687<br>O     0.333333343         0.374666661         0.416666657<br>O     0.041333336         0.374666661         0.916666687<br>O     0.625333309         0.958666682         0.416666657<br><br>K_POINTS automatic <br>  4 4 2  0 0 0<br><br>##############################<wbr>#####<br></div>Final magnetization from vc-relax of the conventional cell<br><br> atom:    1    charge:   12.8867    magn:    3.3569    constr:    0.0000<br>     atom:    2    charge:   12.8867    magn:    3.3569    constr:    0.0000<br>     atom:    3    charge:   12.8867    magn:   -3.3569    constr:    0.0000<br>     atom:    4    charge:   12.8867    magn:   -3.3569    constr:    0.0000<br>     atom:    5    charge:   12.9309    magn:   -1.3993    constr:    0.0000<br>     atom:    6    charge:   12.9053    magn:    3.2614    constr:    0.0000<br>     atom:    7    charge:   12.9053    magn:   -3.2614    constr:    0.0000<br>     atom:    8    charge:   12.9309    magn:    1.3993    constr:    0.0000<br>     atom:    9    charge:   12.9053    magn:    3.2614    constr:    0.0000<br>     atom:   10    charge:   12.9309    magn:   -1.3993    constr:    0.0000<br>     atom:   11    charge:   12.9309    magn:    1.3993    constr:    0.0000<br>     atom:   12    charge:   12.9053    magn:   -3.2614    constr:    0.0000<br>     atom:   13    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   14    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   15    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   16    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   17    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   18    charge:    5.2738    magn:    0.0000    constr:    0.0000<br>     atom:   19    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   20    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   21    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   22    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   23    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   24    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   25    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   26    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   27    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   28    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   29    charge:    5.2642    magn:    0.1646    constr:    0.0000<br>     atom:   30    charge:    5.2642    magn:   -0.1646    constr:    0.0000

<br></div>