周期性边界条件下有限体系的静电相互作用处理：在线性标度密度泛函理论中的应用
计算物理
2011-12-07 v1 化学物理
摘要
我们在密度泛函理论（DFT）框架下，比较了在周期性边界条件（PBCs）下处理有限孤立体系静电相互作用的方法，特别关注线性标度DFT（LS-DFT）。通常，PBCs并非物理上真实，但却是基组选择和利用傅里叶变换计算哈特里势有效性的不可避免结果。在这种情况下，需要避免PBCs对计算的影响，以使所得结果代表开放边界而非周期性边界。LS-DFT中遇到的非常大体系使得孤立体系的超胞近似要求更难满足，我们展示了在某些情况下，开放边界（无限胞）结果无法通过从增大周期性胞的计算中外推得到。我们讨论、实现并测试了三种截然不同的方法来克服或规避PBCs的影响：库仑相互作用的截断结合模拟胞的填充、基于最小镜像约定的方法，以及显式使用开放边界条件（OBCs）。我们在ONETEP LS-DFT程序中实现了这些方法，并将其应用于一系列体系，包括极性纳米棒和蛋白质。我们比较了它们的精度、复杂度以及随模拟胞尺寸的收敛速率。我们证明，PBCs内的校正方法可以比纯OBC方法更高效、更准确地获得OBC结果。
引用
@article{arxiv.1109.1970,
title = {Electrostatic Interactions in Finite Systems treated with Periodic Boundary Conditions: Application to Linear-Scaling Density Functional Theory},
author = {N. D. M. Hine and J. Dziedzic and P. D. Haynes and C. K. Skylaris},
journal= {arXiv preprint arXiv:1109.1970},
year = {2011}
}
备注
39 pages, 10 figures