FHI-цели

FHI-цели
Разработчик(и)	Группа разработчиков FHI-целей
Стабильная версия	231212 / 12 декабря 2023 г .; 7 месяцев назад
Написано в	Фортран , MPI
Операционная система	Линукс
Тип	Теория функционала плотности (моделирование)
Лицензия	Академический / Коммерческий
Веб-сайт	цель .org

FHI-aims (Институт Фрица Хабера ab initio моделирование материалов) — это пакет программного обеспечения для вычислительной молекулярной науки и материаловедения, написанный на Фортране . Он использует теорию функционала плотности многих тел и теорию возмущений для моделирования химических и физических свойств атомов, молекул, наноструктур, твердых тел и поверхностей. Первоначально разработанный в Институте Фрица Хабера в Берлине , продолжающаяся разработка исходного кода FHI-aims теперь осуществляется мировым сообществом сотрудничающих исследовательских институтов. ^[1]

Обзор

Пакет программного обеспечения FHI-aims представляет собой полностью электронный код электронной структуры с полным потенциалом , использующий числовые атомно-центрированные базисные функции для расчетов электронной структуры. Локализованный базисный набор позволяет точно рассматривать все электроны на одной основе в периодических и непериодических системах, не полагаясь на приближение основных состояний , таких как псевдопотенциалы . Важно отметить, что базисные наборы обеспечивают высокую числовую точность наравне с лучшими доступными полноэлектронными эталонными методами, оставаясь при этом масштабируемыми до размеров системы до нескольких тысяч атомов. Чтобы добиться этого для сыпучих тел, поверхностей или других низкоразмерных систем и молекул, выбор базисных функций имеет решающее значение. Рабочая нагрузка моделирования эффективно распределяется для параллельных вычислений с использованием протокола связи MPI . Код обычно используется на платформах, начиная от ноутбуков и заканчивая суперкомпьютерами с распределенным параллелизмом и десятью тысячами процессоров, а масштабируемость кода была протестирована на 100 000 процессоров. ^[2]

Основными методами достижения целей FHI являются теория функционала плотности , а также методы многих тел и подходы квантовой химии более высокого уровня. ^[3] Для обменно - корреляционной обработки локальные ( LDA ), полулокальные (например, PBE, PBEsol), мета-GGA и гибридные были реализованы (например, HSE06, B3LYP) функционалы. Полученные орбитали можно использовать в рамках теории возмущений многих тел, такой как теория возмущений Мёллера-Плессе или приближение GW . Более того, термодинамические свойства молекул и твердых тел доступны с помощью методов молекулярной динамики Борна-Оппенгеймера и интеграла по траекториям методов молекулярной динамики .Первым шагом является расширение Кона-Шэма. пакетов орбиталей $\psi _{i}(r)$ в набор базисных функций $\{\phi _{j}(r)\}$ $\psi _{i}(r)=\sum _{j}C_{ij}\phi _{j}(r).$ Поскольку FHI-aims представляет собой полностью электронный полнопотенциальный код, который эффективен в вычислительном отношении без ущерба для точности, выбор базисной функции имеет решающее значение для достижения указанной точности. Таким образом, FHI-цели основаны на численно табличных атомно-центрированных орбиталях (NAO) вида: $\phi _{j}(r)={\frac {\mu _{j}(r)}{r}}Y_{lm}(\Omega ).$ Как следует из названия, радиальная форма $\mu _{j}(r)$ представлен в числовой форме и, следовательно, полностью гибок. Это позволяет создавать оптимизированные элементно-зависимые базисные наборы , которые максимально компактны, сохраняя при этом высокую и переносимую точность производственных расчетов вплоть до сходимости полной энергии на уровне мэВ. Чтобы получить реальную стоимость $\phi _{j}(r)$ , $Y_{lm}(\Omega )$ здесь обозначены действительные части ( $m=0,\ldots ,l$ ) и мнимые части ( $m=-l,\ldots ,-1$ ) сложных сферических гармоник, с $l$ неявная функция индекса радиальной функции $j$ . ^[4]

История

Первая строка кода фактического кода FHI-целей была написана в конце 2004 года с использованием атомарного решателя, используемого в пакете псевдопотенциальных программ Института Фрица Хабера fhi98PP, в качестве основы для получения радиальных функций для использования в качестве базисных функций. Первые разработки во многом опирались на превосходный набор численных технологий, описанный в нескольких публикациях Бернарда Делли. ^[5]^[6] и коллеги в контексте кода DMol3 , ^[7] а также из многих более широких методологических разработок, опубликованных в сообществе теоретиков электронных структур на протяжении многих лет. Первоначальные усилия в целях FHI были сосредоточены на разработке полной библиотеки числовых атомно-центрированных базисных наборов для теории функционала плотности от «легкой» до высокоточной (несколько мэВ/атом) точности для полных энергий, доступных для элементов вплоть до нобелия (Z =102) по всей таблице Менделеева. ^[8]

К 2006 году началась работа над параллельной функциональностью, поддержкой периодических граничных условий, градиентов полной энергии (сил), а также точного обмена и теории возмущений многих тел. 18 мая 2009 г. был доступен первый официальный выпуск кода «051809», который заложил основу для расширения базы пользователей и разработчиков кода.

См. также

Список программного обеспечения для квантовой химии и физики твердого тела

Ссылки

^ «Группа разработчиков FHI-целей» .
^ Р. Йоханни, А. Марек, Х. Ледерер и В. Блюм. «Масштабирование моделирования с преобладанием решателя собственных значений», в: Семинар по экстремальному масштабированию Juelich Blue Gene/P 2011» (PDF) . {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Главная страница целей FHI» .
^ Блюм, Волкер; Герке, Ральф; Ханке, Феликс; и др. (2009). «Молекулярное моделирование Ab initio с числовыми атомно-центрированными орбиталями» . Вычислить. Физ. Коммун . 180 (11): 2175–2196. Бибкод : 2009CoPhC.180.2175B . дои : 10.1016/j.cpc.2009.06.022 .
^ Делли, Б. (1990). «Полноэлектронный численный метод решения локального функционала плотности многоатомных молекул» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 92 (1): 508. Бибкод : 1990ЖЧФ..92..508Д . дои : 10.1063/1.458452 .
^ Делли, Б. (1996). «Быстрый расчет электростатики в кристаллах и больших молекулах». Дж. Физ. Хим . 100 (15): 6107–6110. дои : 10.1021/jp952713n .
^ Делли, Б. (2000). «От молекул к твердым телам с помощью подхода DMol3» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 113 (18): 7756. Бибкод : 2000JChPh.113.7756D . дои : 10.1063/1.1316015 .
^ Блюм, Волкер; Герке, Ральф; Ханке, Феликс; и др. (2009). «Молекулярное моделирование Ab initio с числовыми атомно-центрированными орбиталями» . Вычислить. Физ. Коммун . 180 (11): 2175–2196. Бибкод : 2009CoPhC.180.2175B . дои : 10.1016/j.cpc.2009.06.022 .

[1] «Группа разработчиков FHI-целей» .

[2] Р. Йоханни, А. Марек, Х. Ледерер и В. Блюм. «Масштабирование моделирования с преобладанием решателя собственных значений», в: Семинар по экстремальному масштабированию Juelich Blue Gene/P 2011» (PDF) . {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] «Главная страница целей FHI» .

[4] Блюм, Волкер; Герке, Ральф; Ханке, Феликс; и др. (2009). «Молекулярное моделирование Ab initio с числовыми атомно-центрированными орбиталями» . Вычислить. Физ. Коммун . 180 (11): 2175–2196. Бибкод : 2009CoPhC.180.2175B . дои : 10.1016/j.cpc.2009.06.022 .

[5] Делли, Б. (1990). «Полноэлектронный численный метод решения локального функционала плотности многоатомных молекул» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 92 (1): 508. Бибкод : 1990ЖЧФ..92..508Д . дои : 10.1063/1.458452 .

[6] Делли, Б. (1996). «Быстрый расчет электростатики в кристаллах и больших молекулах». Дж. Физ. Хим . 100 (15): 6107–6110. дои : 10.1021/jp952713n .

[7] Делли, Б. (2000). «От молекул к твердым телам с помощью подхода DMol3» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 113 (18): 7756. Бибкод : 2000JChPh.113.7756D . дои : 10.1063/1.1316015 .

[8] Блюм, Волкер; Герке, Ральф; Ханке, Феликс; и др. (2009). «Молекулярное моделирование Ab initio с числовыми атомно-центрированными орбиталями» . Вычислить. Физ. Коммун . 180 (11): 2175–2196. Бибкод : 2009CoPhC.180.2175B . дои : 10.1016/j.cpc.2009.06.022 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]