СИЕСТА (компьютерная программа)

СИЕСТА
Первоначальный выпуск	1996 год ; 28 лет назад
Стабильная версия	4.1.5 / 4 февраля 2021 г .; 3 года назад
Репозиторий	gitlab .с /сиеста-проект / сиеста /
Написано в	Фортран
Доступно в	Английский
Тип	Вычислительная химия
Лицензия	лицензия GPLv3
Веб-сайт	сиеста-проект .org
По состоянию на	2021

SIESTA ( Испанская инициатива электронного моделирования с тысячами атомов ) — это оригинальный метод и его компьютерная программная реализация для эффективного выполнения расчетов электронной структуры и ab initio молекулярно-динамического моделирования молекул и твердых тел. SIESTA использует строго локализованные базисные наборы и реализацию алгоритмов линейного масштабирования . Точность и скорость могут быть установлены в широком диапазоне: от быстрых исследовательских расчетов до высокоточного моделирования, не уступающего по качеству другим подходам, таким как плосковолновые и полностью электронные методы .

SIESTA Базовым названием является Испанская инициатива по электронному моделированию с использованием тысяч атомов.

С 13 мая 2016 года, после анонса версии 4.0, SIESTA выпускается на условиях лицензии GPL с открытым исходным кодом. Исходные пакеты и доступ к разрабатываемым версиям можно получить на платформе DevOps на GitLab . ^[2] Последняя версия Siesta-4.1.5 вышла 4 февраля 2021 года.

Функции

SIESTA имеет следующие основные характеристики:

Он использует стандартный Кона-Шэма метод самосогласованного функционала плотности в приближениях локальной плотности (LDA-LSD) и обобщенного градиента (GGA), а также в нелокальной функции, включающей взаимодействия Ван-дер-Ваальса (VDW-DF). .
Он использует сохраняющие норму псевдопотенциалы в их полностью нелокальной форме (Клейнмана-Биландера).
Он использует атомные орбитали в качестве базового набора, допуская неограниченные кратные дзета и угловые моменты, поляризацию и орбитали за пределами площадки. Радиальная форма каждой орбитали является числовой, и пользователь может использовать и предоставить любую форму с единственным условием: она должна иметь конечную поддержку, т. е. она должна быть строго равна нулю за пределами заданного пользователем расстояния от соответствующее ядро. Базисные наборы с конечной поддержкой являются ключом к вычислению гамильтониана и матриц перекрытия в операциях O (N).
Проецирует волновые функции и плотность электронов на сетку реального пространства для расчета потенциалов Хартри и обменно-корреляционного потенциала и их матричных элементов.
Помимо стандартного метода собственных состояний Рэлея-Ритца , он позволяет использовать локализованные линейные комбинации занятых орбиталей (валентные связи или функции Ванье), благодаря чему компьютерное время и память масштабируются линейно в зависимости от количества атомов. Моделирование нескольких сотен атомов возможно на скромных рабочих станциях.
Он написан на Фортране 95 , память выделяется динамически.
Он может быть скомпилирован для последовательного или параллельного выполнения (под MPI).

SIESTA регулярно предоставляет:

Полные и парциальные энергии.
Атомные силы.
Тензор напряжений.
Электрический дипольный момент.
Заселенность атомов, орбиталей и связей ( Малликен ).
Электронная плотность.

А также (правда, не все варианты совместимы):

Релаксация геометрии, фиксированная или переменная ячейка.
Молекулярная динамика при постоянной температуре (Носовой термостат).
Переменная клеточная динамика (Парринелло-Рахман).
Спин-поляризованные расчеты (коллинеарные или нет).
k-выборка зоны Бриллюэна .
Локальная и орбитально-проецированная плотность состояний .
Кривые COOP и COHP для анализа химической связи.
Диэлектрическая поляризация .
Колебания (фононы).
Бандовая структура .
Транспорт баллистических электронов в неравновесных условиях (через TranSIESTA)

Сильные стороны СИЕСТА

Основные сильные стороны SIESTA:

Гибкая точность и скорость.
Он может работать с системами, требующими больших вычислительных ресурсов (системами, которые в настоящее время недоступны для кодов плоских волн). ^{[ нужна ссылка ]}
Эффективное распараллеливание.

Использование линейной комбинации числовых атомных орбиталей делает SIESTA кодом DFT. SIESTA может производить очень быстрые вычисления с небольшими базисными наборами, что позволяет рассчитывать системы с тысячами атомов. Альтернативно, использование более полных и точных баз обеспечивает точность, сравнимую с точностью стандартных вычислений на плоских волнах, с конкурентоспособными характеристиками.

Реализованные решения

SIESTA находится в постоянном развитии с момента ее внедрения в 1996 году. Основные решения, реализованные в текущей версии:

Коллинеарные и неколлинеарные спин-поляризованные расчеты
Эффективная реализация функционала Ван-дер-Ваальса
функции Ванье Реализация
Модуль TranSIESTA/TBTrans с любым количеством электродов N>=1
Кулоновские поправки на месте (DFT+U)
Описание сильно локализованных электронов, оксидов переходных металлов.
Спин-орбитальная связь (SOC)
Топологический изолятор, полупроводниковые структуры и квантово-транспортные расчеты
NEB (Nudged Elastic Band) (взаимодействие с LUA )

Решения в разработке

ГВ-приближение
Зависимое от времени ДПФ ( TDDFT )
Гибридные функционалы
Раскрытие группы
Решатель Пуассона в реальном пространстве

Инструменты постобработки

Для SIESTA было разработано несколько инструментов постобработки. Эти программы обрабатывают выходные данные SIESTA или предоставляют дополнительные функции.

Приложения

С момента своего внедрения SIESTA использовалась исследователями в области наук о Земле, биологии и инженерии (выходя за рамки физики и химии материалов) и применялась к широкому спектру систем, включая поверхности, адсорбаты, нанотрубки, нанокластеры, биологические молекулы, аморфные полупроводники, сегнетоэлектрические пленки, низкоразмерные металлы и т.д. ^[3]^[4]^[5]

См. также

Компьютерные программы по квантовой химии

Ссылки

Гарсиа, Альберто; Папиор, Ник; Ахтар, Арсалан; Артачо, Эмилио; Блюм, Волкер; Бозон, Эммануэль; Брандимарте, Педро; Брандбиге, Мэдс; Серда, Дж.И.; Корсеты, Фабиано; Куадрадо, Рамон; Диакон Владимир; Феррер, Хайме; Гейл, Джулиан; Гарсиа-Фернандес, Пабло; Гарсиа-Суарес, ВМ; Гарсия, Сандра; Да, Георг; Иллера, Серхио; Коридор, Ричард; Коваль, Петр; Лебедева Ирина; Лин, Лин; Лопес-Тарифа, Пабло; г-н Мэйо, Сара; Мор, Стефан; Ордехон, Пабло; Постников, Андрей; Пуйон, Джон; Прнеда, Мигель; Роблес, Роберто; Санчес-Портал, Дэниел; Солер, Хосе М.; Улла, Рафи; Ю, Виктор Вэнь-чжэ; Хункера, Хавьер (2020). «Сиеста: Последние разработки и приложения». Журнал химической физики . 152 (20): 204108. дои : 10.1063/5.0005077 . hdl : 10902/20680 . ПМИД 32486661 . S2CID 219179270 . Послепечатная обработка доступна по адресу hdl : 10261/213028 .
Искьердо, Дж.; Вега, А.; Бальбас, Л.; Санчес-Портал, Даниэль; Хункера, Хавьер; Артачо, Эмилио; Солер, Хосе; Ордехон, Пабло (2000). «Систематическое ab initio исследование электронных и магнитных свойств различных систем чистого и смешанного железа». Физический обзор B . 61 (20): 13639. Бибкод : 2000PhRvB..6113639I . дои : 10.1103/PhysRevB.61.13639 .
Роблес, Р.; Искьердо, Дж.; Вега, А.; Бальбас, Л. (2001). «Полноэлектронное и псевдопотенциальное исследование спин-поляризации поверхности V (001): LDA против GGA». Физический обзор B . 63 (17): 172406. arXiv : cond-mat/0012064 . Бибкод : 2001PhRvB..63q2406R . дои : 10.1103/PhysRevB.63.172406 . S2CID 17632035 .
Солер, Хосе М.; Артачо, Эмилио; Гейл, Джулиан Д; Гарсиа, Альберто; Хункера, Хавьер; Ордехон, Пабло; Санчес-Портал, Даниэль (2002). «Метод SIESTA для моделирования материалов ab initio порядка N ». Физический журнал: конденсированное вещество . 14 (11): 2745–2779. arXiv : cond-mat/0104182 . Бибкод : 2002JPCM...14.2745S . дои : 10.1088/0953-8984/14/11/302 . S2CID 250812001 .

^ «Выпуск Сиесты-4.1.5» .
^ «Платформа разработки SIESTA на GitLab» .
^ Машаги А. и др. Гидратация сильно влияет на молекулярную и электронную структуру мембранных фосфолипидов J. Chem. Физ. 136, 114709 (2012) [1]
^ Машаги А. и др. Межфазная вода облегчает перенос энергии, вызывая расширенные вибрации в мембранных липидах, J. Phys. хим. Б, 2012, 116 (22), стр. 6455–6460 [2]
^ Машаги А. и др. Усиленная автоионизация воды на границах фосфолипидов. Дж. Физ. хим. С, 2013, 117 (1), стр. 510–514 [3]

Внешние ссылки

Сайт СИЕСТА
Учебное пособие по SIESTA — введение в SIESTA, посвященное задачам, для которых SIESTA подходит лучше, чем другие коды ab initio.
Скачать СИЕСТА
Профессиональная поддержка SIESTA

Программное обеспечение Delphi

[1] «Выпуск Сиесты-4.1.5» .

[2] «Платформа разработки SIESTA на GitLab» .

[3] Машаги А. и др. Гидратация сильно влияет на молекулярную и электронную структуру мембранных фосфолипидов J. Chem. Физ. 136, 114709 (2012) [1]

[4] Машаги А. и др. Межфазная вода облегчает перенос энергии, вызывая расширенные вибрации в мембранных липидах, J. Phys. хим. Б, 2012, 116 (22), стр. 6455–6460 [2]

[5] Машаги А. и др. Усиленная автоионизация воды на границах фосфолипидов. Дж. Физ. хим. С, 2013, 117 (1), стр. 510–514 [3]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]