libMBD：用于可扩展量子多体色散计算的通用软件包
化学物理
2023-11-17 v1 材料科学
计算物理
摘要
多体色散（MBD）是在密度泛函理论及相关原子建模方法中处理范德华（vdW）色散相互作用的有力框架。目前若干电子结构代码中存在着功能各异的多个独立 MBD 实现，这既限制了这些代码的现有用户，也妨碍了 MBD 新变体的传播。在此，我们开发并文档化了 libMBD，这是一个功能完备、高效、易于与任何电子结构代码集成、且已集成于 FHI-aims、DFTB+、VASP、Q-Chem、CASTEP 与 Quantum ESPRESSO 的 MBD 库实现。libMBD 以现代 Fortran 编写，并提供 C 与 Python 接口，使用 MPI/ScaLAPACK 进行并行化，实现了针对有限与周期系统的 MBD，并带有关于所有输入参数的解析梯度。其计算代价随系统大小渐近呈三次方标度，且梯度的计算仅改变标度律的预因子，libMBD 展现出最高达 256 个处理器核的强标度性能。除能量与梯度外，libMBD 还可计算其他 MBD 性质，如电荷密度极化、一阶库仑修正、介电函数，或能量在偶极相互作用中的逐级展开。基于 MBD 修正电子结构方法对超分子络合物的计算，以及对以往 MBD 应用的元综述，展示了 libMBD 软件包处理 vdW 相互作用的广泛适用性。
引用
@article{arxiv.2308.03140,
title = {libMBD: A general-purpose package for scalable quantum many-body dispersion calculations},
author = {Jan Hermann and Martin Stöhr and Szabolcs Góger and Shayantan Chaudhuri and Bálint Aradi and Reinhard J. Maurer and Alexandre Tkatchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.03140},
year = {2023}
}
备注
14 pages, 6 figures, submitted to JCP