快速而稳健的全电子密度泛函理论计算中固体的正交富集有限元方法
摘要：采用增强有限元（FE）基础结构的计算方法，实现了对固体进行系统收敛的实空间全电子Kohn-Sham密度泛函理论（DFT）计算。增强FE基础结构通过添加以原子为中心的数值基函数来构建，包括Kohn-Sham问题的原子解。值得注意的是，为了改善条件，我们将增强函数与经典FE基础进行正交化处理，而不会损失由此产生的基础的局部性。除了改善条件之外，这种正交化过程还使重叠矩阵变为块对角矩阵，大大简化了矩阵的求逆操作。随后，我们使用基于切比雪夫多项式的滤波技术来有效地计算每个自洽场迭代中的占据特征空间。我们通过周期性晶胞和超晶胞展示了所提方法的准确性和效率。基准研究显示，正交化的增强FE基础相比经典FE基础具有惊人的130倍加速。我们还对正交化的增强FE基础和LAPW+lo基础进行了准确性和效率方面的比较。值得注意的是，我们证明了正交化的增强FE基础可以处理约10,000个电子的大系统尺寸。
作者：Nelson D. Rufus, Bikash Kanungo, Vikram Gavini
论文ID：2010.09701
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2021-08-18