基于无轨道密度泛函理论的OEPP赝势与实空间ATLAS计算软件
[Abstract]:Orbital density functional theory (Orbital-free density functional theory,OF-DFT) is based on quantum mechanics and can be used to accurately solve the ground state properties of multi-electron systems based on the electron density alone. Compared with the conventional orbital-based Kohn-Sham density functional theory (KS-DFT), the computational complexity varies linearly with the size of the simulation system because the orbital (wave function) information is not required. Therefore, OF-DFT can break through the limit of traditional KS-DFT simulation scale (about thousands of atoms) and become the first-principle calculation method suitable for the simulation of large-scale materials containing more than one million atoms. At present, the mature non-local pseudopotential under the framework of KS-DFT can not be directly applied in OF-DFT because it contains orbital information. Therefore, the construction of local pseudopotential without orbital information is a key problem to be solved in the application of OF-DFT. In addition, compared with the development of KS-DFT, OF-DFT lags behind, and the corresponding computing software is very scarce, which seriously hinders the extensive application of OF-DFT in material simulation. Therefore, the theory of OF-DFT is perfected. The development of the corresponding material simulation software is another key problem to be solved in the research with OF-DFT. In collaboration with other members of the research group, the author of this paper has carried out a systematic study on the above two key issues, and has obtained the following innovative results: 1. Based on the optimized effective potential method and the mode-preserving condition, the essential relationship between the (non-local) module-preserving pseudopotential and the local pseudopotential is revealed theoretically. Based on this basic relation, a new model-preserving pseudopotential is developed, which is based on the model-preserving pseudopotential. The first-principle optimization and effective local pseudopotential (OEPP) method can be constructed only by using the information of the electronic structure of a single atom. It is found that most of the s and p-type elements in the periodic table (except for the second periodic elements) can be used to construct a highly portable local pseudopotential. In addition, we also found that whether an element can construct a highly transplantable local pseudopotential is an inherent attribute of the element and has nothing to do with the construction method. By using the finite difference method in real space and the direct energy minimization algorithm, a first principle method suitable for large scale material calculation based on OF-DFT is developed. On the basis of this, a computing software ATLAS, with independent intellectual property rights is developed. Copyright protection of computer software by China copyright Administration (registration number: 2016SR027209). The parallel efficiency of the software and the ability to deal with various boundary conditions can be greatly improved by using the real-space difference method, and the introduction of the direct energy minimization algorithm can ensure the numerical stability of the large-scale material simulation. At present, the calculation efficiency, accuracy and stability of ATLAS software have been tested and verified by Mg,Al and Mg-Al alloy systems.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413.1
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,本文编号:2466422
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