基于指数变换的有限与扩展体系密度泛函计算中的直接能量最小化
计算物理
2022-11-09 v2 化学物理
摘要
电子体系密度泛函计算中的能量最小化可利用保持轨道正交性的指数变换来完成。体系能量随后表示为斜厄米特矩阵元素的函数，可使用无约束最小化方法直接优化。本文给出一种基于有限内存 Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno 方法并配合非精确线搜索与预条件子的实现，并将其性能与常用的自洽场方法比较。给出了 G2 分子集（148 个分子）、多达 576 个分子的液态水构型及若干绝缘晶体的结果。提出了一种通用预条件子，适用于具有分数轨道占据的体系，例如周期体系 k 点采样所需者。发现该指数变换直接最小化方法优于自洽场方法的标准实现：所有计算均以同一组参数值收敛，且平均所需计算量更少。此处给出的指数变换及能量梯度的表述相当通用，可应用于非酉不变的能量泛函，如自相互作用校正泛函。
引用
@article{arxiv.2101.12597,
title = {Direct Energy Minimization Based on Exponential Transformation in Density Functional Calculations of Finite and Extended Systems},
author = {Aleksei V. Ivanov and Elvar Ö. Jónsson and Tejs Vegge and Hannes Jónsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.12597},
year = {2022}
}