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RESCU:一种真正的空间电子结构方法。 (英语) Zbl 1352.65421号

小结:在这项工作中,我们介绍了RESCU,一个基于MATLAB的强大的Kohn-Sham密度泛函理论(KS-DFT)求解器。我们证明,RESCU可以使用适度的计算机资源(例如16到256核)计算由数千个原子组成的系统的电子结构属性。它的计算效率是通过四种途径实现的。首先,我们使用数值原子轨道(NAO)技术有效地生成切比雪夫滤波方法所需的高质量初始子空间。其次,我们利用了这样一个事实,即只需要一个子空间来跨越所占据的Kohn-Sham态,并且通常可以避免使用本征解算器精确求解KS方程。第三,通过明智地分析和优化RESCU中程序的各个部分,我们将\(O(N^3)\)缩放延迟到大\(N\),并且我们的测试表明,当使用真实空间网格离散化时,RESCU从几百个原子到5000多个原子的缩放一致为\(O(N^{2.3})\)。在达到14000个原子水平的NAO基础上,缩放效果更好或可比。第四,我们利用了各种数值算法,特别是引入了部分Rayleigh-Ritz算法,以实现包含10000多个电子的系统的效率增益。我们通过在16、64和/或256核上运行的许多示例来演示RESCU在解决KS-DFT问题中的威力:5832硅原子超电池;8788个铝原子超电池;一个5324个铜原子超细胞和一个小DNA分子浸没在1713个水分子中,共有5399个原子。在所有情况下,KS-DFT都会在几个小时内完全收敛。我们的结果表明,RESCU方法在一个适度的计算机集群上通过KS-DFT求解数千个原子达到了一个里程碑。

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65号06 含偏微分方程边值问题的有限差分方法
82B10型 量子平衡统计力学(通用)
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