第一性原理计算软件包ABACUS的发展和在二维材料中的应用

发布时间：2021-06-23 17:47

　　在计算机技术飞速发展的今天,基于密度泛函理论的第一性原理方法在凝聚态物理、化学、生物与医药、材料科学等方面的有着越来越多的应用。自2006年起,本小组开始编写拥有自主知识产权基于数值轨道基组的第一性原理软件包ABACUS,其优势在于能够计算的体系更大,大至包含上千甚至上万个原子,相对于基于平面波基组的程序上限提升了 1～2个数量级,其在计算大分子,表面,缺陷,无序等系统时会有良好的表现。另外,以石墨烯为代表的二维材料等离激元的新奇性质也引发了我们的注意。与金属材料相比,石墨烯等离激元频率可以通过掺杂的改变在红外到太赫兹的范围内连续可调,还具有高度光场局域以及低本征损耗的特点。由于传统的求解满足一定边界条件下麦克斯韦方程组来确定电场分布的半经典方法忽略了量子力学效应及非局域效应,而紧束缚模型方法一般仅考虑π和π*两条能带,两者都不太适合精确的计算,使用线性响应含时密度泛函理论的方法则可解决这个问题。本论文主要分为七个部分:在第一章中,我们简单介绍了哈特利福克方法与基态密度泛函理论。在第二章中,我们主要梳理了 ABACUS电子结构计算的流程,并介绍了对称性,以及共轭梯度法在结构优化中的应用... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

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图２．２标准二次型函数搜索路线图示??的搜索方向该如何确定？??自然而然，如果采用最速下降法，其下一个搜索方向将会是黑色的那一条，??

第２章ＡＢＡＣＵＳ软件包计算方法的发展??图２．２标准二次型函数搜索路线图示??的搜索方向该如何确定？??自然而然，如果采用最速下降法，其下一个搜索方向将会是黑色的那一条，??目标函数的负梯度方向，但很明显可以看出这个方向完全偏离了中心位置。我们??的目标是求得指向极值点Ａ处方向为Ｐｌ的那条。??很容易可以证明??Ｐ＾＜？Ｐｉ?＝?〇?（２－５６）??也就是说，Ｐｌ两个方向相互共轭，这就印证了共轭梯度法的思想。??在实际的共轭梯度算法中，我们将最速下降法的公式做了一些小小的改造。??第一步的搜索方向与最速下降法一致，为能量的负梯度，也就是受力方向。之后??的每一步的搜索方向是在负梯度的基础上，增加上一步搜索方向的信息：??Ｓｎ＋ｉ?二—ｇｎ＋ｉ?＋?７ｎＳｎ?（２．５７）??这里又与如分别为第ｎ个搜索方向和梯度，７ｎ为一个系数，它有很多种取法，??目的是保障各个搜索方向之间两两相互共轭。在ＡＢＡＣＵＳ中

目前在程序中对于原子位置的弛豫与晶格优化是分开进行的，弛豫原子位??置时保持晶胞大小和形状不变，优化晶格时保持原子位置的Ｄｉｒｅｃｔ坐标不变。且??当原子受力收敛时，才允许进行晶格的优化。其大致流程如图２．４所示。??２．５小结??在本章中，我们首先介绍了自主研发的第一性原理软件包ＡＢＡＣＵＳ，包括??其现有功能与后续发展。接下来笔者梳理了?ＡＢＡＣＵＳ电子结构计算的核心算法??３３??


本文编号：3245386