大规模异构系统 Bethe-Salpeter 方程的 GPU 加速求解
材料科学
2024-12-25 v2 化学物理
摘要
我们提出了一种大规模并行、GPU 加速的 Bethe-Salpeter 方程 (BSE) 实现，用于计算凝聚态和分子系统的垂直激发能 (VEE) 和光学吸收光谱，初始数据来源于密度泛函理论获得的单粒子本征值和本征向量。所采用算法规避了对空态和占据态求和的慢收敛问题，以及对大型介电矩阵的求逆问题，分别通过密度矩阵扰动理论方法和对屏蔽库仑相互作用的低秩分解来实现。进一步的计算节省通过利用半导体和绝缘体密度矩阵的近眼属性来减少屏蔽库仑积分的数量。我们采用分层循环和数据分布策略，将计算规模扩展到数千个 GPU。该方法的有效性通过计算几个宽带隧材料中的自旋缺陷的 VEE 得以展示，表明需要计算至最高 1000 个原子的超胞才能获得收敛结果。我们讨论了使用截断求和（即仅对空态和占据态求和）来求解 BSE 的常见近似的有效性。随后，我们将 GW-BSE 实现应用于具有 1727 个原子的金刚石晶格，以研究点缺陷与延伸线缺陷相互作用导致的三重态对称性破坏。
引用
@article{arxiv.2409.15116,
title = {GPU-Accelerated Solution of the Bethe-Salpeter Equation for Large and Heterogeneous Systems},
author = {Victor Wen-zhe Yu and Yu Jin and Giulia Galli and Marco Govoni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.15116},
year = {2024}
}