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原子结构计算的高阶有限元方法。 (英语) 兹伯利07826275

小结:我们介绍壮举,这是一个开源代码,用于实现径向薛定谔方程、狄拉克方程和科恩-沙姆方程的高阶有限元解算器。该公式适用于各种网格类型,如均匀网格或指数网格,并且可以通过增加有限元基函数的数量和/或多项式阶数来系统地控制收敛。用平方哈密顿方法求解狄拉克方程,以消除伪态。为了解决由于原点处的发散导数导致的(kappa=\pm1)态的缓慢收敛,我们将已知的渐近形式合并到解中。我们在Schrödinger和Dirac Kohn-Sham溶液中获得了重原子(如铀)的总能量和本征值的高精度(10^{-8})Hartree。我们提供了详细的收敛性研究和所需的计算参数,以达到通常要求的精度。最后,我们将我们的结果与已知的分析结果以及其他方法的结果进行了比较。特别是,我们计算了原子序数(\(Z\))从1到92的基准测试结果,验证了当前的基准测试。与最先进的射击解决方案相比,我们展示了显著的加速效果数据状态。高效、模块化的Fortran 2008实现是在开放源码、许可的许可下提供的,包括示例和测试,其中特别强调了各个例程的独立性(无全局变量)、可重用性和通用性。

MSC公司:

81至XX 量子理论
82至XX 统计力学,物质结构
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参考文献:

[1] Hohenberg,P。;Kohn,W.,《非均匀电子气体》。物理学。版本,3B,B864-B871(1964年)
[2] 科恩,W。;Sham,L.J.,《包含交换和相关效应的自洽方程》。物理学。修订版,4A,A1133-A1138(1965)
[3] Martin,R.M.,《电子结构:基本理论和实用方法》(2004),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,英国剑桥,纽约·Zbl 1152.74303号
[4] 格兰特,I.P.,《原子和分子的相对论量子理论:理论和计算》。Springer原子、光学和等离子体物理系列(2007),Springer:Springer纽约
[5] 乔提克,O。;帕斯克,J.E。;Vackář,J.,Dftatom:用于原子结构计算的强大通用Schrödinger和Dirac解算器。计算。物理学。社区。,7, 1777-1791 (2013) ·兹比尔1286.81010
[6] Dyall,K.G。;Fgri,K.,有限高斯基集中Dirac方程解的动力学平衡和变分边界失效。化学。物理学。莱特。,1, 25-32 (1990)
[7] 费舍尔,C.F。;Zatsarinny,O.,Dirac方程的B样条Galerkin方法。计算。物理学。社区。,6, 879 (2009) ·Zbl 1198.81036号
[8] Grant,I.P.,径向Dirac方程的B样条方法。《物理学杂志》。B、 在摩尔Opt。物理。,5 (2009)
[9] 阿尔马纳斯雷,H。;Salomonson,S。;Svanstedt,N.,径向Dirac方程的稳定有限元法。J.计算。物理。,426-442 (2013) ·兹比尔1286.34119
[10] Tupitsyn,I.I。;Shabaev,V.M.,有限基集中Dirac方程的伪态。选择。光谱。,2, 183-188 (2008)
[11] 沙巴耶夫,V.M。;Tupitsyn,I.I。;Yerokhin,V.A。;普吕宁,G。;Soff,G.,Dirac方程基本集展开的双动力学平衡方法。物理学。修订稿。,13 (2004)
[12] 贝洛伊,K。;Derevanko,A.,双运动平衡集在原子结构相对论多体问题中的应用。计算。物理学。社区。,5, 310-319 (2008) ·Zbl 1197.81003号
[13] 孙,Q。;刘伟。;Kutzelnigg,W.,四组分相对论计算中受限、非受限、逆和双重动力学平衡的比较。西奥。化学。Acc.,3-5423-436(2011)
[14] Jiao,L.G。;何义勇。;刘,A。;张义忠。;Ho,Y.K.,动力学和原子平衡广义伪光谱方法的发展。物理学。版本A,2(2021)
[15] Kutzelnigg,W.,Dirac算子的基集展开,无变分坍塌。国际期刊数量。化学。,1, 107-129 (1984)
[16] Almanasreh,H.,用线性基函数求解Dirac特征值问题的有限元方法。J.计算。物理。,1199-1211 (2019) ·Zbl 1416.35171号
[17] Fang,J.-Y。;陈世伟。;Heng,T.-H.,用有限差分法求解Dirac方程。编号。科学。技术,2,15(2020)
[18] 约翰逊,W.R。;美国布伦德尔。;Sapirstein,J.,由B样条构造的Dirac方程的有限基集。物理学。修订版A,2307-315(1988)
[19] 萨皮尔斯坦,J。;Johnson,W.R.,《基础样条函数在理论原子物理中的应用》。《物理学杂志》。B、 在摩尔Opt。物理。,22, 5213-5225 (1996)
[20] Salomonson,S。;Ùster,P.,离散化单粒子狄拉克哈密顿量的相对论全阶对函数。物理学。版本A,105548-5558(1989)
[21] Zhang,Y。;Bao,Y。;沈,H。;Hu,J.,用有限差分法解决Dirac方程中的伪态问题。物理学。版本C,5(2022)
[22] Wallmeier,H。;Kutzelnigg,W.,变分相对论计算中平方Dirac算子的使用。化学。物理学。莱特。,2, 341-346 (1981)
[23] 《相对论量子力学:在凝聚物质和原子物理中的应用》(1998),剑桥大学出版社
[24] Zabloudil,J。;哈姆林,R。;Szunyogh,L。;Weinberger,P.,《固体物质中的电子散射:理论和计算论文》(2006),Springer科学与商业媒体
[25] 诺瓦克,M。;瓦克阿ř,J。;Cimrman,R。;Šipr,O.,用于电子结构计算的自适应安德森混合。计算。物理学。Commun公司。(2023年)
[26] Banerjee,A.S。;Suryanarayana,P。;Pask,J.E.,用于自洽场迭代的鲁棒有效收敛加速的周期性Pulay方法。化学。物理学。莱特。,31-35 (2016)
[27] Oulne,M.,Thomas-Fermi方程的变分和级数方法。申请。数学。计算。,2, 303-307 (2011) ·Zbl 1227.81264号
[28] 马奎斯,M.A.L。;Oliveira,M.J.T。;Burnus,T.,Libxc:密度泛函理论的交换和相关泛函库。计算。物理学。社区。,10, 2272-2281 (2012)
[29] 莱托拉,S。;斯泰格曼,C。;Oliveira,M.J.T。;Marques,M.A.L.,libxc的最新发展——密度泛函理论泛函的综合库。SoftwareX,1-5(2018)
[30] 科恩,E.R。;Taylor,B.N.,《1986年基本物理常数的调整》。修订版Mod。物理。,4, 1121-1148 (1987)
[31] Vosko,S.H。;威尔克。;Nusair,M.,《用于局部自旋密度计算的精确自旋相关电子-液体关联能量:一项关键分析》。可以。《物理学杂志》。,8, 1200-1211 (1980)
[32] 麦克唐纳,A.H。;Vosko,S.H.,相对论密度泛函理论。《物理学杂志》。C、 固态物理。,15, 2977-2990 (1979)
[33] Johnson,W.R.,《原子结构理论:原子物理讲座》(2007),施普林格出版社:施普林格柏林,伦敦
[34] Grant,I.P.,有限域上的Dirac算子和R-矩阵方法。《物理学杂志》。B、 在摩尔Opt。物理。,5 (2008)
[35] Patera,A.T.,《流体动力学的谱元方法:通道扩张中的层流》。J.计算。物理。,3, 468-488 (1984) ·Zbl 0535.76035号
[36] Hafeez,M.B。;Krawczuk,M.,《综述:谱有限元法的应用》。架构(architecture)。计算。方法工程,53453-3465(2023)
[37] 萨萨里尼,O。;Froese Fischer,C.,DBSR_HF:B样条Dirac-Hartree-Fock程序。计算。物理学。社区。,287-303 (2016) ·Zbl 1348.81030号
[38] Fischer,C.F.,《走向B样条原子结构计算》。原子,3,50(2021)
[39] Igarashi,A.,径向狄拉克方程中的B样条展开。《物理学杂志》。Soc.Jpn.公司。,11 (2006)
[40] Clark,C.,《电子结构计算的原子参考数据》(1997),NIST标准参考数据库141
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