通过occ-RI-K实现固体中更快的精确交换：在近基组极限下带赝势的简单固体组合优化范围分离杂化泛函的应用
化学物理
2022-11-09 v2 材料科学
计算物理
摘要
本工作中，我们开发并展示了occ-RI-K算法，用于计算近基组极限下固体密度泛函计算中的精确交换贡献。在高斯平面波（GPW）密度拟合内，我们的算法相比传统GPW算法实现了1-2个数量级的加速。由于我们的算法非常适用于大基组模拟，我们将其应用于12种带赝势和大非收缩基组的杂化密度泛函，以评估它们在近基组极限下对25种简单固体带隙的性能。本工作中最大的计算涉及单元胞中16个电子和350个基函数，采用6x6x6 k点网格。具有20-27%精确交换的全局杂化泛函（B3LYP、PBE0、revPBE0、B97-3、SCAN0）表现相似，均方根偏差（RMSD）为0.61-0.77 eV，而其他全局杂化泛函如M06-2X（2.02 eV）和MN15（1.05 eV）由于其增加的精确交换比例而显示出更高的RMSD。短程杂化泛函HSE达到类似的RMSD（0.76 eV），但由于完全缺乏长程交换而显示出对带隙的明显低估。我们发现两种组合优化的范围分离杂化泛函B97X-rV（3.94 eV）和B97M-rV（3.40 eV），以及另两种范围分离杂化泛函CAM-B3LYP（2.41 eV）和CAM-QTP01（4.16 eV），由于其高比例的长程精确交换而显著高估带隙。鉴于B97X-rV和B97M-rV的失败，我们尚未找到对分子和固体均提供一致性能的密度泛函。我们的算法开发和密度泛函评估将作为开发更准确杂化泛函并将其应用于实际应用的垫脚石。
引用
@article{arxiv.2207.09028,
title = {Faster Exact Exchange for Solids via occ-RI-K: Application to Combinatorially Optimized Range-Separated Hybrid Functionals for Simple Solids with Pseudopotentials Near the Basis Set Limit},
author = {Joonho Lee and Adam Rettig and Xintian Feng and Evgeny Epifanovsky and Martin Head-Gordon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.09028},
year = {2022}
}