量子力学中描述电子状态，需要四个量子数：主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s。在第一原理计算模拟时，大部分软件能把前三个量子数处理很好，对应轨道、能级、能带等，但是对电子自旋与磁矩，往往并不容易，因为理论上存在多种自旋态或磁矩分布。

举个经典的例子：氧气包含12个价电子，但由于简并能级（π*）最后一对电子以相同自旋填入简并的不同轨道（相同能级），导致体系有两个净自旋，所以基态下氧气分子是顺磁性的。然而，如果我们不作提前分析，完全让程序来决定原子磁矩，可能得到的会是电子完全配对的单重态。

电子水平上如何确定原子局部磁矩以及体系磁矩，并不容易。这不仅意味着我们很多计算会因为错误磁矩设置得到激发态而非基态，同时很多计算也会因为初始磁矩存在严重偏差导致计算缓慢甚至收敛失败。因此，如何猜测、测试磁矩，是从事第一性原理计算必学的技巧。

计算老司机吃过很多苦头，所以收集了单原子、离子、螯合物、分子、团簇、表面、界面等多个磁性计算案例，将轨道分析、态密度分析等工具融入到实际案例中，形象讲解磁矩猜测技巧和测试流程，让我们的计算更快、更准。理论配合实际操作，用案例说话，直播+录播，长期答疑！12月27号，不见不散！

计算老司机孙老师：长期从事计算模拟20余年，长期工作于能源与环境催化第一线，高被引学者，迄今已在Nature、Nature Materials、JACS、Angew.、EES、Nat. Commun.、AM、AEM、AFM等期刊发表320余篇论文，引用24000余次，单篇最高引用4000余次。

12月直播课不仅有磁性课程，还有化学键分析课程，跟老司机任意课程一起报名均可享受优惠减免活动！！！

第一节：磁性基础与单中心磁矩

原子轨道提供了绝佳的机会体验电子的四个量子数，更进一步可以理解轨道磁矩和自旋磁矩，以及自旋轨道耦合。老司机用大部分同学很熟悉的单原子电子排布与磁矩，扩展到不同价态的离子，然后给出典型过渡金属和稀土离子的单中心磁矩。借助这种简单案例，学习磁矩猜测和测试技巧，最后用一个精巧的螯合物案例展示单中心磁矩概念、参数设置方法以及操作技巧，例如如何控制磁矩以及可视化分析。老司机强烈推荐从熟悉的知识出发，建立更宏观的知识框架后有序升级自己的知识结构和掌握技能技巧。如我们熟悉单原子的电子排布、原子磁矩后，可以尝试分析铁原子二聚体的磁性而深化铁磁性认识以及局部磁矩控制技巧（如下图）：

第二节：块体磁性与磁交换

单中心磁矩能部分回答局部原子磁矩，但处于同一体系中的磁矩之间还存在作用，因此必须从单中心拓展到更复杂的形式才能回答块体磁性。这要求我们建立块体磁性测试的技能，包括铁磁、反铁磁、顺磁等。这不仅需要考虑局部原子磁矩，同时其分布同样重要。除此以外，磁矩的取向也会从线性扩展到非线性，否则很多实验磁矩难以从计算角度得到理解。本节会通过对经典体系Co3O4的详细计算，展示通过表观电荷和晶体场，从单中心磁矩角度进行初始猜测，然后基于定量DFT和DFT+U计算，进行线性磁矩计算，并结合海森堡理论做磁交换作用定量计算（见下图）。最后会将线性磁性计算扩展到非线性计算（如下图：简单金属镍）。

第三节：分子、团簇和表界面磁性

单中心磁矩分析的另外一个扩展就是分子和团簇磁性，典型手段包括分子轨道和局部自旋密度可视化。这可以极大拓展我们对磁性体系的认识。比如：你是否觉得完全由主族元素构成的分子体系，是否可以有强磁性？以及当分子有奇数电子时，未成对电子在哪里？这些都涉及到分子体系的自旋与磁性，直接影响我们对分子的认识以及宏观性质的解释，如自组装（如下图所示）。于此同时，在块体磁性基础上也可以进一步拓展到表面和界面，具有共性的就是用单中心磁矩结果作为近似，结合配位环境预判高低自旋，从高到低设置初始磁矩进行测试，然后判定基态以及借助自旋密度实现可视化表示。