跳到主要内容
研究论文

KSSOLV-a求解Kohn-Sham方程的MATLAB工具箱

出版:2009年4月7日出版历史
跳过抽象节

摘要

我们描述了KSSOLV的设计和实现,这是一个MATLAB工具箱,用于解决一类非线性特征值问题,称为科恩-沙姆方程这些类型的问题出现在电子结构计算中,这对于研究分子、固体和其他纳米材料的微观量子力学性质至关重要。KSSOLV非常适合开发求解Kohn-Sham方程的新算法,旨在使计算和应用数学的研究人员能够研究现有算法的收敛特性。工具箱利用了MATLAB中可用的面向对象编程功能,因此建立物理系统的过程非常简单,并且大大减少了原型化、测试和比较新算法所需的编码工作量。所有这些特性也应该使这个软件包对其他希望研究中小型系统的计算科学家和学生具有吸引力。

参考文献

  1. Andreoni,W.和Curioni,A.2000。化学和材料科学的新进展与CPMD和并行计算。帕拉尔。计算。26, 819--842.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  2. Arias,T.A.、Payne,M.C.和Joannopoulos,J.D.,1992年。从头算分子动力学:分析连续能量泛函和迭代解的见解。物理学。修订稿。第691077-1080页。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  3. 新泽西州阿什克罗夫特和新泽西州默明,1976年。固体物理学。布鲁克斯·科尔,加利福尼亚州太平洋格罗夫。谷歌学者谷歌学者
  4. Baroni,S.、Corso,A.D.、de Gironcoli,S.,Giannozzi,P.、Cavazzoni,C.、Ballabio,G.、Scandolo,S.和Chiarotti,G.,Focher,P.,Pasquarello,A.、Laasonen,K.、Trave,A.、Car,R.、Marzari,N.和Kokalj,A.,2006年。PWscf。http://www.pwscf.org/。谷歌学者谷歌学者
  5. Bekas,C.、Kokiopoulou,E.和Saad,Y.,2005年。多项式滤波lanczos迭代及其在密度泛函理论中的应用。SIAM J.矩阵分析。申请。30, 1, 397--418.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  6. 布洛赫,F.1928。在克里斯塔尔基特恩的Quantenmechanik der Elektronen。Z.物理。52, 555--600.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  7. 坎塞斯,E.2001。分数占用数Kohn-Sham模型的自洽场算法。化学杂志。物理学。114, 10616--10622.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  8. 坎塞斯,E.和勒布里斯,C.2000a。我们能否在电子结构计算和探索方面超越DIIS方法;国际期刊数量。化学。79, 82--90.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  9. 坎塞斯,E.和勒布里斯,C.2000b。Hartree-Fock方程SCF算法的收敛性。数学。模型。数字。分析。34, 749--774.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  10. Davis,P.J.1979年。循环矩阵。威利,纽约州纽约市。谷歌学者谷歌学者
  11. Demmel,J.W.,1997年。应用数值线性代数。宾夕法尼亚州费城SIAM。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  12. Edelman,A.、Arias,T.A.和Smith,S.T.1998年。具有正交约束的算法的几何结构。SIAM J.矩阵分析。申请。20, 2, 303--353.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  13. 埃瓦尔德,P.P.1921。Die Berchnung optischer und elektrostatischer Gitterpotentiale公司。安·物理。64, 253--287.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  14. Gillan,M.J.1989年。铝中空位形成的计算。物理学杂志。康登斯。物质1689-711。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  15. Golub,G.H.和Van Loan,C.F.1989。矩阵计算,第三版,宾夕法尼亚州费城约翰·霍普金斯出版社。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  16. Gonze,X.、Beuken,J.-M.、Caracas,R.、Detraux,F.、Fuchs,M.、Rignaese,G.-M.、Sindic,L.、Verstraete,M.,Zerah,G.、Jollet,F.,Torrent,M.和Roy,A.、Mikami,M..、Ghosez,P.、Raty,J.-Y.和Allan,D.,2002年。材料特性的第一原理计算:ABINIT软件项目。计算。马特。科学。25, 478--492.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  17. Hohenberg,P.和Kohn,W.,1964年。非均匀电子气体。物理学。版次B 136、3B、B864--B871。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  18. Ihm,J.、Zunger,A.和Cohen,M.L.,1979年。固体总能量的动量空间形式。物理学杂志。C: 解决方案。州物理。12, 4409--4422.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  19. Kerker,G.P.1981年。用于自洽赝势计算的高效迭代方案。物理版B 23,3082--3084。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  20. Kleinman,L.和Bylander,D.M.,1982年。模型赝势的有效形式。物理学。修订稿。48, 1425.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  21. Knyazev,A.2001年。关于最优预处理特征解算器:局部最优块预处理共轭梯度法。SIAM J.科学。计算。22, 2, 517--541.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  22. Kohn,W.和Sham,L.J.1965年。自洽方程,包括交换和相关效应。物理学。修订版140,4A,A1133--A11388。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  23. Kresse,G.和Furthmüller,J.1996a。使用平面波基集对金属和半导体进行从头算总能量计算的效率。计算。马特。科学。6, 15--50.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  24. Kresse,G.和Furthmüller,J.1996b。使用平面波基集进行从头算全能量计算的高效迭代方案。物理。版次B 54,11169--11186。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  25. Kronik,L.、Makmal,A.、Tiago,M.L.、Alemany,M.M.G.、Jain,M.、Huang,X.、Saad,Y.和Chelikowsky,J.R.,2006年。PARSEC——用于实际空间电子结构计算的伪势算法:纳米结构的最新进展和新应用。物理学。《太阳报》。5, 1063--1079.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  26. Kudin,K.N.、Scuseria,G.E.和Cances,E.,2006年。一种黑盒自洽场收敛算法:又近了一步。化学杂志。物理学。116, 19, 8255--8261.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  27. Le Bris,C.2005年。从数值分析的角度看计算化学。《数值学报》14,363--444。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  28. 梅明,N.D.1965。非均匀气体的热特性。物理学。版次A 1371441-1443。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  29. Nogueira,F.、Castro,A.和Marques,M.,2003年。密度泛函理论入门。施普林格,柏林,德国,A章:密度泛函理论教程,218-256。谷歌学者谷歌学者
  30. 奈奎斯特,H.1928。电报传输理论中的某些主题。事务处理。AIEE 47,617--644。谷歌学者谷歌学者
  31. Payne,M.C.、Teter,M.P.、Allen,D.C.、Arias,T.A.和Joannopoulos,J.D.,1992年。从头算总能量计算的迭代最小化技术:分子动力学和共轭梯度。修订版Mod。物理学。64, 4, 1045--1097.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  32. Perdew,J.P.和Wang,Y.1992年。电子-气体相关能的准确而简单的解析表示。物理学。版次B 45,13244--13249。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  33. Perdew,J.P.和Zunger,A.1981年。多电子系统密度泛函近似的自相互作用修正。物理学。版次B 23,5048--5079。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  34. 菲利普斯,J.C.1958年。基于赝势的能带内插方案。物理学。修订版112、3、685--695。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  35. Phillips,J.C.和Kleinman,L.,1958年。计算晶体和分子波函数的新方法。物理学。修订版116、2、287--294。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  36. 皮克特,W.E.,1989年。凝聚态物质应用中的赝势方法。计算。物理学。代表9,115--197。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  37. Pulay,P.1980年。迭代序列的收敛加速:SCF迭代的情况。化学。物理学。莱特。73, 2, 393--398.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  38. Pulay,P.1982年。改进了SCF收敛加速。J.计算机。化学。3、4、556至560。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  39. Raczkowski,D.、Canning,A.和Wang,L.W.,2001年。Thomas-Ferm电荷混合,用于在密度泛函计算中获得自洽性。物理学。版次B 64,121101--1--4。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  40. W.Ritz,1908年。数学物理中的Ueber eine neue methode zur lösung gewisser变量问题。J.Reine Angew。数学135,1-61。谷歌学者谷歌学者
  41. Shao,Y.、Molnar,L.F.、Jung,Y.,Kussmann,J.、Ochsenfeld,C.、Brown,S.T.、Gilbert,A.T.、Slipchenko,L.V.、Levchenko,S.V.、ONeill,D.P.、Jr,R.A.D.、Lochan,R.C.、Wang,T.、Beran,G.J.、Besley,N.A.、Herbert,J.M.、Lin,C.Y.、Voorhis,T.V.、Chien,S.H.、Sodt,A.、Steele,R.P.、Rassolov,V.A.、Maslen,P.E.、Korambath,P.、。,Adamson,R.D.、Austin,B.、Baker,J.、Byrd,E.F.C.、Dachsel,H.、Doerksen,R.J.、Dreuw,A.、Dunietz,B.D.、Dutoi,A.D.、Furlani,T.R.、Gwaltney,S.R.,Heyden,A.、Hirata,S.、Hsu,C.-P.、Kedziora,G.、Khaliulliuliulin,R.Z.、Klunzinger,P.、Lee,A.M.,Lee,M.S.、Liang,W.Z.、Lotan,T.、Nair,N.、Peters,B.、Proynov,E.I.、Pie尼亚泽克,P.A。,Rhee,Y.M.、Ritchie,J.、Rosta,E.、Sherrill,C.D.、Simmonett,A.C.、Subotnik,J.E.、Woodcock III,H.L.、Zhang,W.、Bell,A.T.、Chakraborty,A.K.、Chipman,D.M.、Keil,F.J.、Warshel,A.、Hehre,W.J.、Schaefer III,H.F.、Kong,J.,Krylov,A.I.、Gill,P.M.和Head-Gordon,M.,2006年。现代量子化学程序包中方法和算法的进展。物理学。化学。化学。物理学。8, 3172--3191.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  42. 1989年,Teter,M.P.、Payne,M.C.和Allan,D.C。大型系统薛定谔方程的解。物理学。版次B 40、18、12255--12263。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  43. Trefethen,L.N.和Bau III,D.1997年。数字线性代数。宾夕法尼亚州费城暹罗。谷歌学者谷歌学者
  44. Troullier,N.和Martins,J.L.,1991年。平面波计算的有效赝势。物理学。版本B 431993-2005。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  45. Van Loan,C.1987。快速傅里叶变换的计算框架。宾夕法尼亚州费城SIAM。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  46. VandeVondele,J.和Hutter,J.2003。电子结构计算的有效轨道变换方法。化学杂志。物理学。1184365-4369之间。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  47. Voorhis,T.V.和Head-Gordon,M.,2002年。直接最小化的几何方法。摩尔。物理学。100, 11, 1713--1721.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  48. Wang,L.2008年。皮特。http://hpcrd.lbl.gov/linwang/PEtot/PEtot.htm。谷歌学者谷歌学者
  49. Weinert,M.和Davenport,J.W.,1992年。部分职业和密度——功能性能量和力量。物理学。版次B 45,13709--13712。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  50. Wentzcovitch,R.M.、Martins,J.L.和Allen,P.B.,1992年。第一性原理分子动力学中的能量与自由能。物理学。版次B 45,11372--11374。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  51. Yang,C.2007年。KSSOLV用户指南。技术代表LBNL-63661。劳伦斯伯克利国家实验室,加利福尼亚州伯克利。谷歌学者谷歌学者
  52. Yang,C.、Meza,J.C.和Wang,L.W.,2005年。电子结构计算中总能量最小化的约束优化算法。J.计算机。物理学。217, 709--721.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  53. Yang,C.、Meza,J.C.和Wang,L.W.,2007年。Kohn-Sham方程的信赖域直接约束极小化算法。SIAM J.科学。公司。29, 5, 1854--1875.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  54. Yin,M.T.和Cohen,M.L.,1982年。从头算赝势计算理论。物理学。版次B 25,12,7403--7412。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  55. Zhou,Y.、Saad,Y.,Tiago,M.L.和Chelikowsky,J.R.,2006年。使用切比雪夫滤波子空间迭代进行自洽场计算。J.公司。物理学。219, 172--184.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆

索引术语

  1. KSSOLV-a求解Kohn-Sham方程的MATLAB工具箱

            建议

            评论

            登录选项

            检查您是否可以通过登录凭据或您的机构访问本文。

            登录

            完全访问权限

            • 发布于

              数学软件上的封面图像ACM事务
              ACM数学软件汇刊 第36卷第2期
              2009年3月
              149页
              国际标准编号:0098-3500
              EISSN公司:1557-7295
              内政部:10.1145/1499096
              问题目录

              版权所有©2009 ACM

              如果复制品不是为了盈利或商业利益而制作或分发的,并且复制品的第一页载有本通知和完整引文,则允许免费制作本作品的全部或部分数字或硬拷贝以供个人或课堂使用。必须尊重ACM以外的其他人对本作品组成部分的版权。允许用信用证进行摘要。要以其他方式复制或重新发布,在服务器上发布或重新发布到列表,需要事先获得特定许可和/或付费。从请求权限[电子邮件保护]

              出版商

              计算机协会

              美国纽约州纽约市

              出版历史

              • 出版:2009年4月7日
              • 认可的:2008年9月1日
              • 修订过的:2008年6月1日
              • 收到:2007年12月1日
              发布于汤姆斯第36卷第2期

              权限

              请求有关此文章的权限。

              请求权限

              检查更新

              限定符

              • 研究论文
              • 研究
              • 参考

            PDF格式

            以PDF文件查看或下载。

            PDF格式

            电子阅读器

            使用eReader联机查看。

            电子阅读器