Chobotnice (software) - octopus (software) - Wikipedia

chobotnice je softwarový balíček pro provádění Kohn – Sham hustota funkční teorie (DFT) a časově závislá funkční teorie hustoty (TDDFT) výpočty.[1]

chobotnice zaměstnává pseudopotenciály a numerické mřížky v reálném prostoru k šíření orbitalů Kohn – Sham v reálném čase pod vlivem časově proměnlivých elektromagnetických polí. Pro simulaci jednorozměrných, dvojrozměrných a trojrozměrných systémů jsou k dispozici specifické funkce. chobotnice dokáže vypočítat statické a dynamické polarizovatelnost a první hyperpolarizability, statické magnetické susceptibility, absorpční spektra a hrát molekulární dynamika simulace s Ehrenfestem a Car-Parrinello metody.

Kód je napsán převážně v jazyce Fortran, s nějakým C a Perl. Je vydán pod GPL.

Zaměřte se na problémy

  • Lineární optická (tj. Elektronická) odezva molekul nebo shluků, také nelineární odezva druhého řádu.
  • Nelineární odezva na klasická elektromagnetická pole s vysokou intenzitou, s přihlédnutím k iontovým i elektronickým stupňům volnosti.
  • Elektronické vlastnosti základního a excitovaného stavu systémů s nižší rozměrností, jako jsou kvantové tečky.
  • Foto-indukované reakce molekul (např. Foto-disociace, foto-izomerizace atd.).
  • V bezprostřední budoucnosti rozšíření těchto postupů na systémy, které jsou nekonečné a periodické v jedné nebo více dimenzích (polymery, desky, nanotrubice, pevné látky) a na elektronickou dopravu.

Teoretický základ

  • Základní teorie jsou DFT a TDDFT. Kód také může provádět dynamiku zvážením klasické aproximace (tj. Bodové částice) pro jádra. Tato dynamika nemusí být adiabatická, protože systém se vyvíjí po cestě Ehrenfestu. Jedná se však o přístup střední hodnoty.
  • Pokud jde o TDDFT, lze použít tři různé přístupy:
    • standardní teorie lineární odezvy Casida založené na TDDFT, která poskytuje excitační energie a sílu oscilátoru pro přechody ze základního stavu do excitovaného stavu.
    • explicitní časové šíření TDDFT rovnic, které umožňuje použití velkých externích potenciálů, daleko za hranicí platnosti teorie poruch.
    • Sternheimerova rovnice (teorie poruch hustoty a funkčnosti) ve frekvenční doméně, využívající pouze obsazené stavy.

Metodologie

  • Jako číselná reprezentace funguje kód bez a základní sada, opírající se o numerické sítě. Pomocné základní sady (rovinné vlny, atomové orbitaly ) se používají v případě potřeby. V poslední době tento kód nabízí možnost práce s nejednotnými mřížkami, které se přizpůsobují nehomogenitě problému, a využití multigridních technik k urychlení výpočtů.
  • U většiny výpočtů se kód spoléhá na použití pseudopotenciály[2] dvou typů: Troullier-Martins,[3] a Hartwigsen-Goedecker-Hutter.[4]
  • Kromě schopnosti ošetřovat systémy ve standardních 3 rozměrech jsou k dispozici také režimy 2D a 1D. Jsou užitečné pro studium např. Dvourozměrného elektronového plynu, který charakterizuje širokou třídu kvantových teček.

Technické aspekty

  • Kód byl navržen s důrazem na paralelní škálovatelnost. V důsledku toho umožňuje více dělení úkolů, využívá software pro dělení sítí, MPI a OpenMP
  • Jazyk většiny kódu je Fortran 90 (v současnosti téměř 50 000 řádků). Jiné jazyky, jako např C nebo Perl, se také používají.
  • Balíček je licencován pod licencí GNU General Public License (GPL). V důsledku toho je k dispozici pro použití, kontrolu a úpravy pro kohokoli na adrese webovou stránku chobotnice.

Viz také

Reference

  1. ^ Castro, Alberto; Heiko Appel; Micael Oliveira; Carlo A. Rozzi; Xavier Andrade; Florian Lorenzen; M. A. L. Marques; E. K. U. Gross; Angel Rubio (2006). „chobotnice: nástroj pro aplikaci časově závislé funkční teorie hustoty“. Physica Status Solidi B. 243 (11): 2465–2488. doi:10.1002 / pssb.200642067. hdl:10316/8208.
  2. ^ Pickett, Warren E. (1989). "Pseudopotenciální metody v aplikacích s kondenzovanými látkami". Zprávy z počítačové fyziky. Elsevier BV. 9 (3): 115–197. doi:10.1016/0167-7977(89)90002-6. ISSN  0167-7977.
  3. ^ Troullier, N .; Martins, José Luriaas (1991-01-15). "Efektivní pseudopotenciály pro výpočty rovinnými vlnami". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 43 (3): 1993–2006. doi:10.1103 / fyzrevb.43.1993. ISSN  0163-1829.
  4. ^ Hartwigsen, C .; Goedecker, S .; Hutter, J. (1998-08-15). "Relativistické oddělitelné dvojprostorové gaussovské pseudopotenciály od H po Rn". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 58 (7): 3641–3662. arXiv:cond-mat / 9803286. doi:10.1103 / fyzrevb.58.3641. ISSN  0163-1829.

externí odkazy