Осьминог (программное обеспечение)
 | этой статьи Фактическая точность может быть поставлена под угрозу из-за устаревшей информации . ( январь 2017 г. ) |
Octopus - это пакет программного обеспечения для выполнения Кона – Шама расчетов по теории функционала плотности (DFT) и теории функционала плотности, зависящей от времени (TDDFT). [1]
Octopus использует псевдопотенциалы и числовые сетки в реальном пространстве для распространения орбиталей Кона – Шама в реальном времени под воздействием изменяющихся во времени электромагнитных полей. Предусмотрен специальный функционал для моделирования одно-, двух- и трехмерных систем. Octopus может рассчитывать статическую и динамическую поляризуемость и первую гиперполяризуемость , статическую магнитную восприимчивость , спектры поглощения , а также выполнять моделирование молекулярной динамики с помощью методов Эренфеста и Кар-Парринелло .
Код написан преимущественно на Фортране и распространяется под лицензией GPL .
Последняя версия 13.0 была выпущена 28 июня 2023 г.
Целевые проблемы
[ редактировать ]- Линейный оптический (т.е. электронный) отклик молекул или кластеров, а также нелинейный отклик второго порядка.
- Нелинейный отклик на классические электромагнитные поля высокой интенсивности с учетом как ионных, так и электронных степеней свободы.
- Электронные свойства основного и возбужденного состояний систем с более низкой размерностью, таких как квантовые точки.
- Фотоиндуцированные реакции молекул (например, фотодиссоциация, фотоизомеризация и др.).
- В ближайшем будущем распространение этих процедур на системы, которые являются бесконечными и периодическими в одном или нескольких измерениях ( полимеры , пластины, нанотрубки , твердые тела), а также на электронный транспорт.
Теоретическая основа
[ редактировать ]- Базовыми теориями являются DFT и TDDFT. Кроме того, код может выполнять динамику, рассматривая классическое (т.е. точечно-частичное) приближение для ядер. Эта динамика может быть неадиабатической, поскольку система развивается по пути Эренфеста. Однако это подход среднего поля.
- Что касается TDDFT, можно использовать три разных подхода:
- стандартная теория линейного отклика Casida, основанная на TDDFT, которая предоставляет энергии возбуждения и силы осцилляторов для переходов из основного состояния в возбужденное состояние.
- явное распространение во времени уравнений TDDFT, которое позволяет использовать большие внешние потенциалы, выходящие далеко за пределы применимости теории возмущений .
- уравнение Штернгеймера (теория возмущений функционала плотности) в частотной области, используя только занятые состояния.
Методология
[ редактировать ]- В качестве числового представления код работает без базового набора , полагаясь на числовые сетки. вспомогательные базисные наборы ( плоские волны , атомные орбитали Тем не менее, при необходимости используются ). Недавно в коде появилась возможность работать с неравномерными сетками, которые адаптируются к неоднородности задачи, а также использовать многосеточные методы для ускорения вычислений.
- Для большинства вычислений код основан на использовании псевдопотенциалов. [2] двух типов: Трулье-Мартена, [3] и Хартвигсен-Гедеккер-Хуттер. [4]
- Помимо возможности обрабатывать системы в стандартных трех измерениях, также доступны режимы 2D и 1D. Они полезны, например, для изучения двумерного электронного газа, характеризующего широкий класс квантовых точек.
Технические аспекты
[ редактировать ]- Код был разработан с упором на параллельную масштабируемость. Как следствие, он позволяет разделять несколько задач, при этом используется программное обеспечение для разделения ячеек, MPI и OpenMP .
- Язык большей части кода — Fortran другие языки, например C. 90. Также используются
- Пакет распространяется по лицензии GNU General Public License (GPL). Как следствие, он доступен для использования, проверки и модификации любому желающему в git-репозитории Octopus .
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кастро, Альберто; Хайко Аппель; Микаэль Оливейра; Карло А. Роцци; Ксавье Андраде; Флориан Лоренцен; МАЛ Маркес; ЭКУ Валовой; Анхель Рубио (2006). «Осьминог: инструмент для применения нестационарной теории функционала плотности». Физический статус Solidi B. 243 (11): 2465–2488. Бибкод : 2006PSSBR.243.2465C . дои : 10.1002/pssb.200642067 . hdl : 10316/8208 . S2CID 55356805 .
- ^ Пикетт, Уоррен Э. (1989). «Псевдопотенциальные методы в приложениях с конденсированными средами». Отчеты по компьютерной физике . 9 (3). Эльзевир Б.В.: 115–197. Бибкод : 1989CoPhR...9..115P . дои : 10.1016/0167-7977(89)90002-6 . ISSN 0167-7977 .
- ^ Труллер, Н.; Мартинс, Хосе Луриас (15 января 1991 г.). «Эффективные псевдопотенциалы для расчетов плоских волн». Физический обзор B . 43 (3). Американское физическое общество (APS): 1993–2006 гг. Бибкод : 1991PhRvB..43.1993T . дои : 10.1103/physrevb.43.1993 . ISSN 0163-1829 . ПМИД 9997467 .
- ^ Хартвигсен, К.; Гедекер, С.; Хаттер, Дж. (15 августа 1998 г.). «Релятивистские сепарабельные гауссовы псевдопотенциалы в дуальном пространстве от H до Rn». Физический обзор B . 58 (7). Американское физическое общество (APS): 3641–3662. arXiv : cond-mat/9803286 . Бибкод : 1998PhRvB..58.3641H . дои : 10.1103/physrevb.58.3641 . ISSN 0163-1829 . S2CID 119450371 .