周期系统中基于数值原子轨道的亚二次扩展的实空间随机相位近似相关能量计算
摘要：密度泛函理论（DFT）框架内随机相近似（RPA）作为一个依赖于轨道的第五阶函数，为计算实际材料的基态能量和相关性质提供了一种有前途的方法。然而，与较低阶函数相比，其广泛应用于大型复杂材料受到了显著增加的计算成本的限制。标准实现与系统大小N 相关的计算复杂度呈$mathcal{O}(N^4)$的尺度关系。在本工作中，我们基于数值原子轨道（NAO）基组和分辨率身份（RI）逼近的局域变体，为周期性系统开发了一个低尺度RPA算法。通过利用局域化RI（LRI）方案和NAO的局域性，非相互作用响应函数矩阵的评估成为确定速率的步骤，其计算复杂度从$mathcal{O}(N^4)$降低到了$mathcal{O}(N^2)$，这仅仅是通过利用RI展开系数的稀疏性所实现的。如果在实空间中进一步考虑Green函数的衰减行为，这一步骤的计算成本可以进一步降低到线性尺度。针对现有基于$ extbf k$-空间的实现进行的基准计算验证了本算法和实施的有效性和高数值精度。新的RPA算法使我们能够方便地处理超过1000个原子的三维紧密排列固体材料。本工作中开发的算法和数值技术对于发展适用于大型扩展材料的低尺度算法的相关方法也具有意义。
作者：Rong Shi, Peize Lin, Min-Ye Zhang, Lixin He and Xinguo Ren
论文ID：2307.12029
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2023-07-25